铝合金高速切削刀具磨损研究进展

由于铝合金高速切削过程中切削温度高,导致刀具严重磨损,降低了刀具寿命和零件加工精度,因此准确预测刀具磨损和分析刀具磨损规律至关重要。分别从刀具寿命模型和刀具磨损速率模型概述刀具磨损理论模型研究进展,基于切削用量、刀具性质和冷却方式分析刀具磨损规律。从已有研究来看,在铝合金高速切削过程中刀具磨损随切削速度和进给量增大而增大,切削深度无明显规律;常见刀具磨损有黏结磨损、磨粒磨损和扩散磨损,其中黏结磨损为主要刀具磨损机制。     

高速切削摩擦学研究

高速切削过程中的摩擦直接影响刀具失效(磨损和破损),刀具使用寿命、工件的加工精度以及已加工表面质量。文章综述了高速切削摩擦学研究进展,重点介绍了高速切削中刀-屑之间和刀-工之间的摩擦学特性,阐述了刀具前刀面与后刀面的磨损形态和磨损机理,以及高切削过程中的冷却/润滑条件和不同的切削环境对刀具和工件的影响。展望了高速切削摩擦学的发展方向。     

切削制备纳米材料过程的应变与温度预测

大应变切削是制备纳米材料的一种新方法.切削过程中的应变和温度是影响晶粒细化程度的两个重要参数.在DEFORM软件环境下,建立铝合金6061切削过程的有限元模型,通过切削过程的有限元仿真,研究刀具的切削角度、切削用量对大应变切削过程中的材料应变、切削温度的影响规律.研究表明:影响剪切应变的主要因素是刀具前角,前角越小,对应的剪切应变越大;大应变主要集中在剪切区域,即第一变形区;影响切削温度的主要因素是切削速度,在切削速度较低时,切削温度上升速度缓慢,将切削速度由目前20 mm/s提高到100 mm/s,仍然可以使切削温度控制在铝合金6061动态再结晶温度之下,可以大幅度提高制备纳米材料的效率.     

高速切削刀具材料的研究进展

本文结合高速切削过程中速度的变化规律,介绍了高速切削加工所使用的几种刀具材料硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼的性能特点及其应用,并对今后高速切削刀具材料的研究提出了建议。     

微织构车刀制备与SUS304钢高速微车削试验

针对高速微切削过程中微型车刀表面摩擦磨损严重的问题,利用表面非光滑微织构减摩减阻原理,在高速微切削用车刀表面利用激光加工技术制备了微槽、微坑织构,研究了激光加工参数与微织构形貌之间的关系;分析了微织构的摩擦学特性;利用自行研制的高速微车削单元进行微织构刀具及无织构刀具的高速微切削SUS304不锈钢的对比试验,从切削力、切削温度、刀屑接触状态、切屑形态以及已加工表面粗糙度对微织构车刀性能进行评价。结果表明:微槽、微坑织构均可以有效降低刀具表面摩擦因数;在高速微切削过程中可以减小切削力、切削温度,降低刀屑接触长度,改善切屑形态,尤其是微坑织构可明显改善表面质量,可以应用到SUS304不锈钢的高速微加工。     

一种耐磨性高切削性好的挤压铝合金

介绍了国外一种耐磨性高、切削性好的高硅挤压铝合金的基本组元最佳含量，各种添加剂的加入量；该合金的最佳挤压工艺参数；合金中初晶Ｓｉ和共晶Ｓｉ的尺寸及分布状况；挤压棒材好的耐磨性能和切削性能，以及与常规铸造磨铝合金的比较。     

基于ANSYS的高速五轴数控加工中心球头铣刀切削温度仿真研究

以VMC656高速五轴数控加工中心为研究对象,研究了采用球头铣刀进行切削时,切削热所产生的温度对工件加工精度的影响。基于传热学和金属切削理论,建立了数控加工中心高速切削铝材时球头铣刀温度场数学模型,利用有限元软件ANSYS,仿真分析了球头铣刀在典型工况不同切削参数条件下温度场分布及变化规律,以及切削速度、切削厚度、进给量等参数对切削温度的影响。研究结果表明,在金属切削过程中,切削温度对刀具寿命和工件加工精度都有很大影响,因此必须采取措施,降低切削温度,有助于提高刀具寿命和加工质量。     

切削铝合金汽车零件的“软”涂层刀具的试验与研究

MoS2固体润滑材料具有低摩擦因数特性,将它喷涂于硬质合金刀头表面,获得"软"涂层刀具,用这种刀具切削铝合金过程中能减少切屑粘刀,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。通过对带涂层刀具与不带涂层的普通刀具在加工铝合金汽车零件的过程中,对刃口磨损形态、工件加工质量、刀具使用寿命等试验数据分析,以验证MoS2"软"涂层刀具开发的可行性。     

高速铣削加工工艺优化技术的研究

针对高速加工安全性高、切削效率佳、工艺性好等独特的编程要求,构造出了以切削时间短、加工成本低、表面质量高为优化目标的,并以满足零件尺寸精度要求为约束条件的加工工艺方案评优模型。该模型已应用于自主开发的高速铣削Superman CAMⅡ原型系统中,以指导粗精加工刀轨的生成。实验结果表明：该模型具有合理性和实用性,对工艺人员编制高速加工工艺有一定的参考价值。     

高速切削刀具材料研究与选用

介绍了高速切削技术的概念,探讨了高速切削刀具材料的性能要求,重点对硬质合金、金刚石、陶瓷和立方碳化硼等高速切削刀具材料进行了研究.最后给出了高速切削刀具材料的选用方法.     

硬质合金刀具铣削高硅铝合金CE11的摩擦特性研究

对高硅铝合金这一难加工材料的研究现状进行了分析,并确定采用铣削加工摩擦实验方法进行硬质合金刀具的摩擦学行为研究。建立试验平台及试验方案,并进行铣削力和铣削温度的试验数据采集,求解刀-屑摩擦因数;根据摩擦因数分析主轴转速、摩擦时间和摩擦接触区温度等因素对刀具摩擦特性的影响。研究结果对改善高硅铝合金材料的切削加工性能具有重要指导意义,并为后续各种涂层刀具的摩擦磨损特性研究提供了依据。     

层流等离子体射流铝合金表面熔覆SiCp/Al-Si涂层的磨损过程

采用层流等离子体炬作为加热热源，在ZL104铝硅合金表面制备镍包SiCp／Al-Si复合熔覆层。磨损过程中，该熔覆层中的SiCp颗粒微凸体对磨轮的切削产生的切屑，在熔覆层表面形成机械混合层(MML)，此机械混合层硬度较高，耐磨性好，使熔覆层在磨损过程中经历了较长距离的磨损孕育阶段，从而改变了铝合金的磨损过程，延缓了中等磨损向严重磨损的转变。     

铍铜合金断续切削后刀面磨损机理研究

目的研究断续切削过程温度变化对刀具粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的影响。方法搭建了仿铣削加工的断续车削实验平台,采用热电偶法测量了断续切削过程中刀具后刀面在不同速度下的切削温度,利用带有能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)观察后刀面随速度变化的磨损形貌并分析后刀面磨损区域的元素组成,阐述了后刀面温度和刀具磨损之间的联系,研究了Ti AlN涂层硬质合金刀具断续切削铍铜合金C17200时的后刀面磨损机理。结果随着切削速度的增加,刀具温度在v=500 m/min出现峰值,温度越高,后刀面的涂层剥落和粘结磨损现象越严重,涂层剥落和粘结磨损现象在切削速度为500 m/min时最严重,而后随着刀具温度的降低而减缓,切削速度600 m/min时的涂层剥落和粘结磨损现象相比500 m/min时有所减轻。结论断续切削过程中,刀具持续性地经受"负载-卸载"、"升温-降温"产生的高温、冲击和加工环境的不稳定性,是引起粘结现象、涂层剥落和刀具磨损的主要原因。涂层剥落和粘结磨损是导致铍铜合金断续切削刀具失效的主要磨损形式。     

铝合金切削过程刀具磨损预测研究

为更精确地研究刀具磨损,建立刀具磨损模型至关重要。目前刀具磨损的模型主要是经典的刀具磨损模型和刀具磨损预测模型,刀具磨损预测模型主要为人工神经网络、隐马尔可夫模型和支持向量机模型。分析铝合金切削过程中的刀具磨损机制,总结经典的刀具磨损模型,梳理刀具磨损预测模型。铝合金切削过程中刀具主要的磨损机制为黏着磨损、扩散磨损和磨粒磨损。结果表明：在黏着磨损和磨粒磨损的基础上考虑扩散磨损的刀具磨损理论模型最接近实际加工。     

微细铣削铝合金6061表面毛刺研究

目的揭示微细铣削铝合金6061过程中,铣削工艺参数(切削深度a_p、每齿进给量f_z、切削速度v)、顺逆铣方式、刀具磨损对毛刺大小及形态的影响规律,为控制铝合金6061毛刺,提高表面质量,优化切削工艺提供参考。方法基于单因素试验方法,采用涂层硬质合金微直径铣刀,对铝合金6061进行了铣削加工试验,分别对切削参数单因素试验的逆铣、顺铣顶端毛刺大小数据以及刀具磨损、毛刺形态信息进行采集和分析。结果直观绘制了a_p、v、f_z对逆顺铣两侧顶端毛刺大小的影响规律图。单因素切削速度试验中,顺铣侧毛刺最大为323μm,逆铣侧最大为268μm;单因素每齿进给量试验中,顺铣侧毛刺最大为332μm,逆铣侧最大为331μm;单因素切深试验中顺铣侧毛刺最大为314μm,逆铣侧最大为264μm。结论逆铣比顺铣的顶端毛刺小,随切削深度增加,毛刺依次呈现长条须状、撕裂状、波浪形锯齿状。刀具磨损是造成切削过程不稳定的重要因素,同时也会造成毛刺形态和大小不稳定。为尽量减少毛刺,应采用锋利刀具和逆铣方式,控制切削深度,选择合适的切削速度和进给量。     

CVD金刚石刀具微铣削AA356铝合金的磨损分析

AA356铝合金已广泛应用于航空航天等领域,但其在微细加工过程中刀具磨损严重且相关机理尚不明晰.为揭示工艺参数对CVD金刚石刀具微铣削AA356铝合金的刀具磨损影响机制,基于正交试验和响应曲面法开展了微细加工试验,采用最小二乘法和粒子群优化算法建立刀具磨损的预测方程,分析刀具的磨损形貌和切削用量对刀具磨损的影响规律.结...     

The influence of tool flank wear on residual stresses induced by milling aluminum alloy

The machining processes could induce residual stresses that enhance or impair greatly the performance of the machined component. Machining residual stresses correlate very closely with the cutting parameters and the tool geometries. In this paper, the effect of the tool flank wear on residual stresses profiles in milling of aluminum alloy 7050-T7451 was investigated. In the experiments, the residual stresses on the surface of the workpiece and in-depth were measured by using X-ray diffraction technique in combination with electro-polishing technique. In order to correlate the residual stresses with the thermal and mechanical phenomena developed during milling, the orthogonal components of the cutting forces were measured using a Kistler 9257A type three-component piezoelectric dynamometer. The temperature field of the machined workpiece surface was obtained with the combination of infrared thermal imaging system and finite element method. The results show that the tool flank wear has a significant effect on residual stresses profiles, especially superficial residual stress. As the tool flank wear length increases, the residual stress on the machined surface shifts obviously to tensile range, the residual compressive stress beneath the machined surface increases and the thickness of the residual stresses layer also increases. The magnitude and distributions of the residual stresses are closely correlated with cutting forces and temperature field. The three orthogonal components of the peak cutting forces increase and the highest temperature of the machined workpiece surface also increases significantly with an increase in the flank wear. The results reveal that the thermal load plays a significant role in the formation of the superficial residual stress, while the dominative factor that affects thickness of residual stresses layer is the mechanical load in high-speed milling aluminum alloy using worn tool.     

车削DT4E纯铁刀具材料适配性研究

针对纯铁切削过程中粘刀、刀具磨损快等问题,进行了纯铁和刀具材料的适配性试验,分别使用硬质合金刀具HTI10、涂层刀具VP15TF和金属陶瓷刀具NX3035车削电工纯铁DT4E工件,在车削过程中测量刀具磨损量,使用能谱分析(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)研究刀具磨损机理,分析刀具磨损对切削性能的影响。结果表明:金属陶瓷刀具NX3035更适合纯铁的切削加工,刀具磨损最小、切削力最平稳,能获得最好的已加工表面质量;刀具在纯铁切削中的主要磨损形式为后刀面均匀磨损和V型沟槽磨损,主要磨损机理为高温下的粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损的综合作用。     

高温合金切削刀具的研究现状及进展

高温合金具有较高的强度、抗高温氧化性等性能,被广泛应用于各种领域中,其加工时切削温度高、加工硬化严重、刀具磨损严重,是最难加工的材料之一。本文综述了国内外高温合金切削刀具的研究现状。阐述了高温合金的切削特性,重点对高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、PCVB这几类高温合金切削刀具材料的研究现状进行了分析;同时,也对国内外切削高温合金刀具的结构、切削加工工艺参数以及磨损机理的研究现状进行了概述。在此基础上,发现高温合金切削刀具虽然已经研发设计出了多种新刀具材料、新切削工艺参数,但仍然需要进一步了解影响刀具性能的因素及刀具磨损机理。因此,本文提出了建立评估刀具使用性能体系和研发高性能的刀具材料是高温合金切削刀具的主要研究方向。