石墨烯涂层刀具的研究现状

针对高效干式切削加工中润滑能力不足,将自润滑性能优良的石墨烯粒子原位生长或者以复合材料的形式沉积于硬质合金刀具基体表面,有望弥补传统干切削中刀具使用寿命和加工性能偏低的不足。介绍了石墨烯材料在金属切削刀具领域中的研究和应用的现状,解读使用不同的工艺制备方法获得原生石墨烯涂层或者石墨烯复合超硬材料,并用其进行金属切削加工和摩擦磨损的试验。结果表明：石墨烯涂层刀具具备优良的润滑性能,能有效降低刀具的摩擦因数和磨损率,提高其使用寿命。     

刀具前角对聚晶金刚石刀具磨损过程的影响

为了研究刀具前角对聚晶金刚石刀具磨损过程的影响,采用两种不同前角的聚晶金刚石刀具进行各向同性热解石墨切削加工试验,对刀具磨损过程、磨损机理和表面加工质量进行了分析对比研究。通过对试验结果的研究分析表明:两种不同前角的聚晶金刚石刀具磨损都主要发生在后刀面,切削刃都出现了崩刃现象。刀具磨损区域都出现了平行沟槽式的磨损形貌,但是出现的时间存在明显差异。磨粒磨损是这两种不同前角的聚晶金刚石刀具的主要磨损机理,前角为5°的聚晶金刚石的磨损机理还包括冲蚀磨损。与前角为5°的聚晶金刚石刀具相比,前角为-20°的聚晶金刚石刀具具有较好切削加工性能。     

基于人工智能算法的最优加工表面粗糙度预测研究

以切削速度、进给量、切削深度、刀尖圆弧半径为设计变量,采用正交试验法进行了立方氮化硼(CBN)刀具干式车削冷作模具钢Cr12MoV的试验研究。利用神经网络的非线性拟合能力和遗传算法的全局寻优能力,建立了加工表面粗糙度预测模型并获得了使表面粗糙度达到最优的切削用量与刀尖圆弧半径组合。利用遗传算法获得的最优表面粗糙度值比田口方法和切削试验所获得的最佳表面粗糙度值分别降低了7.1%和17.2%。文中所采用的方法也为切削加工中刀具磨损、切削力和残余应力等问题的建模与参数优化提供理论参考。     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

微棱镜反光阵列超声振动刨削试验研究

通过超声振动刨削加工微棱镜阵列的正交试验,分析了刀具材料、刀具工作前角、切削速度、第三次切削深度对微棱镜阵列表面质量和刀具寿命的影响。结果表明：刀具材料是试验指标粗糙度Ra、V形槽夹角β、加工后刀尖圆弧半径R的第一影响因素;第三次切削深度ap是磨损量NB的第一影响因素;切削速度v是四个试验指标的第二影响因素;当刀具材料选用PCD,刀具前角为-3.8°,切削速度为900mm/min,第三次切深为2μm时,微棱镜阵列表面加工质量好,刀具寿命高。     

基于响应曲面法的MQL辅助切削钛合金的工艺参数优化

为了提高切削质量，减少刀具磨损，采用响应曲面法对最小微量润滑辅助切削的主要工艺参数进行优化。以钛合金TC4为切削对象，把工件表面粗糙度和刀具磨损作为评价指标，采用Minitab设计切削速度、进给量、喷射压力三因素的Box-Behnken试验。利用方差和拟合残差概率分布分析三因素的显著性及交互作用，并结合试验检验所建表面粗糙度和刀具磨损二阶响应预测模型的有效性。响应曲面法优化后的最佳工艺参数为切削速度25 m/min、进给量0.103 mm/r、喷射压力0.1 MPa，此时得到的表面粗糙度和刀具磨损量分别为1.195、151.9 μm，与预测值的误差分别为5.1%、2.91%。说明基于响应曲面法的微量润滑辅助切削钛合金表面粗糙度和刀具磨损量预测模型准确有效。     

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

基于田口法的TN60刀具加工件表面质量影响因素的研究

TN60金属陶瓷刀具具有硬度高、耐磨好、摩擦系数低和抗热变形能力强等特点。为了研究此材料刀具加工零件成型表面质量,运用Minitab软件设计了三个切削加工试验,分别从切削参数、刀具参数和切削液浓度三个方面对成型表面粗糙度的影响进行分析。试验1表明,切削参数在v_C=442.112 m/min、f=0.08 mm/r、a_p=0.2 mm时,加工零件成型表面粗糙度值最低为R_a=0.902μm;试验2表明,采用试验1粗糙度值最低的切削参数,刀具参数刀尖角ε_r=60°、刀尖圆弧半径r=0.8 mm时,加工零件成型表面粗糙度值最低为R_a=0.6μm;试验3表明,采用前两个试验表面粗糙度值最低的切削参数和刀具参数,切削液浓度在12.5%时,加工零件成型表面粗糙度值最低为R_a=0.522μm。优化切削参数和刀具参数并合理使用切削液,TN60刀具可以实现以车代磨对零件进行精加工。     

硬质合金刀具车削Ti6Al4V钛合金试验研究

文章采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了车削试验,通过对切削过程中刀具寿命、切削力、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具车削钛合金的切削性能,为钛合金车削试验提供了依据.     

B4C增强铝基复合材料钻削温度的非接触测量和多目标分析（英文）

采用光学高温计对在不同钻削条件下的B4C金属基复合材料的钻削温度进行非接触测量。研究了颗粒含量、切削速度、进给速率和刀具材料对最高钻削温度的影响。基于最高切削温度和刀具磨损对钻削参数进行优化。结果表明:对最高切削温度影响最大的因素主要为颗粒含量、进给速率以及切削速率与颗粒含量间的相互作用。切削速率与切削材料对最高切削温度的影响相对较小。当颗粒含量较小,切削速度较低,进给速率较高,利用硬质合金刀具时,切削温度较低。采用优化后的钻削参数可以获得较低的切削温度和较小的刀具磨损。     

偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

目的结合摩擦片的失效原因,分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型,设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能,研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线,摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区,但靠近边缘,等效应力和温度值略微减小。适当减小压力,增大滑动速度,减小摩擦系数,有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布,温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比,验证了有限元分析的正确性。结论通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数,可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区,进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。     

考虑摩擦升温的铁路列车制动摩擦块高温磨损机制演变∗

铁路列车制动摩擦块的高温磨损对列车制动安全影响显著,现有对于制动摩擦块高温磨损的研究一般通过环境温度控制来模拟制动界面高温条件,而在摩擦生热条件下对制动摩擦块高温磨损机理及演变规律的研究较少。在多模式制动性能试验台上进行摩擦拖曳制动试验,利用显微特征观测仪器、界面几何特征测量设备等,对制动摩擦块的高温磨损机理和演变进行分析探讨。结果表明,在摩擦生热条件下,当制动界面温度从室温上升至460℃时,摩擦块的主要磨损机制依次为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损。当磨损机制以磨粒磨损为主时,摩擦块表面的缺陷数量多但尺寸小,摩擦因数与常温下接近;当氧化磨损占主导时,形成的氧化膜会提高耐磨性,摩擦块表面损伤较轻。此时,界面接触状态较好,摩擦因数较高,制动性能有所提高;当高温导致摩擦块材料发生软化和塑性流动时,摩擦块接触平台尺寸较大且极为平整,软化的材料充当润滑剂使摩擦因数下降、制动性能降低。同时,塑性流动会造成材料延展性能耗尽和表面材料撕裂,摩擦块表面严重的局部损伤导致接触界面状态较差,磨损机制以黏着磨损为主。在更接近于真实制动工况的条件下进行研究,揭示了摩擦升温过程中铁路列车制动摩擦块高温磨损机制的演变...     

碳陶曲面盘式制动器的制动效能和瞬态温度场分析

盘式制动器在制动过程中涉及到接触应力场、摩擦温度场以及盘体转动角速度和能量等的急剧变化。对列车制动器进行曲面构型设计,并改进制动器结构使它适用于碳陶摩擦材料。基于直接热力耦合的有限元方法,对比平面和曲面两种制动器结构的仿真结果,得到二者在相同工况下的温度场分布、接触应力分布以及角速度和能量的时间历程曲线。结果表明：曲面盘式制动器的制动效率明显高于平面制动器,但其温度场和接触应力分布状态不是十分理想。     

沟槽表面特征对制动过程制动盘温度场和应力场影响的研究

针对制动盘表面温升严重、磨损剧烈等问题,建立沟槽表面制动盘制动过程模型并进行热机耦合有限元分析,研究沟槽的角度、宽度、密度对制动盘温度场和应力场的影响。结果表明:沟槽结构可以储存空气,加快制动盘与外界的换热,具有散热性,并且减小了表面直接接触摩擦的面积,从而导致了沟槽型表面制动盘比光滑表面制动盘温度低和等效应力小;沟槽角度、宽度对制动盘表面温度和等效应力影响明显,其中沟槽角度为45°、宽为4 mm的沟槽型表面制动盘温度和等效应力值最小;沟槽密度对制动盘表面温度和等效应力影响不明显。     

轿车制动器的制动盘开发研究

研究了制动盘的材质配方、铸造工艺和机械加工方法，并对所研制的制动盘进行了抗拉强度、表面硬度以及金相组织等性能检测，检测结果表明：制动盘的主要性能指标抗拉强度达到270MPa；工作面的表面硬度为HRB98．100；工作面的平行度小于0．015mm；显微组织为珠光体、铁素体和碳化物，基体组织珠光体大于或等于99％；A型石墨呈片状、无方向性且分布均匀。制动盘的主要性能指标均达到技术要求。     

Parametric optimization of power in hydrostatic extrusion

The process of hydrostatic extrusion has gained great popularity in recent years because of its simplicity and low cost. The material to be extruded is in contact with the die only, whilst in conventional extrusion the material is in contact with three components, the ram, the chamber, and the die. Therefore, the power required to extrude the product is less in hydrostatic extrusion. Added to this, the frictional losses are kept to a minimum because of the hydrodynamic lubrication that takes effect at relatively high extrusion speeds, which prevents the product from coming into contact with the die.

In this study, an analytical model for studying hydrostatic extrusion is introduced. The model is used to investigate various parameters affecting extrusion, these parameters being: the die cone angle, the reduction ratio (the ratio of the billet diameter to the product diameter), the friction coefficient, the extrusion and back-pressure ratio, and the die shape. The model is extended to optimize the aforementioned parameters for securing a better product, and effecting minimum power requirement and small frictional losses. In order for it to gain recognition, the model was substantiated experimentally employing three commonly used engineering materials, the analytical and the experimental results being found to be in good agreement.     

制动摩擦材料的研究与发展现状

摩擦材料的性能是影响机械设备工作可靠性的重要因素,研究摩擦材料对改善制动系统的制动效能具有重要意义。从制动摩擦材料的分类与制备、摩擦磨损性能与机理以及性能预测三个方面,对制动摩擦材料的研究与发展现状进行了调研。首先,介绍了制动摩擦材料包括金属基、半金属基、非金属基三种类型,阐述了各种摩擦材料常用的制备方法及应用领域;其次,分析了制动压力、制动速度等工况对摩擦磨损性能的影响规律及其作用原理,简述了常见的磨损形式,并结合无石棉闸瓦的SEM微观形貌,重点探讨了粘着磨损、磨粒磨损、切削磨损、疲劳磨损与热磨损各自的产生机理及其主要影响因素。此外,归纳了摩擦材料性能的预测与分析方法,并以BP神经网络为例介绍了人工智能技术在摩擦学性能预测中的应用。最后,指出了陶瓷摩擦材料与功能性摩擦材料是未来摩擦材料的发展方向。     

切削法制备超细晶材料研究进展与展望

综述了切削法制备超细晶材料时加工参数和工艺条件对晶粒细化的影响,分析了切削法制备超细晶材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性等,探讨了超声振动复合切削法制备超细晶材料的可能性。在超声振动加工中,材料受低应力高速、高频撞击的影响,会发生严重的塑性变形,表面大尺寸的晶粒得到细化,同时超声振动还可以在材料表面形成表面微结构,进一步改善材料性能。因而提出将切削法和超声振动相复合,高效制备具有功能微结构的超细晶材料,为微型零件超细晶材料制备提供新的工艺选择以及理论和技术支撑。     

微织构对铜基自润滑复合材料摩擦磨损性能的影响

目的 针对活塞环在高温高压、循环往复的惯性力等工况下与气缸极易磨损的问题,以栓盘模型为试验对象,研究圆形微织构对铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能,以期提高两者的耐磨损性能。明确微织构在不同工况下与复合材料摩擦磨损行为之间的联系,建立表面微织构设计准则。方法 采用CT-MF20型光纤雕刻激光打标机在45#钢表面加工制备出直径为0.2 mm的圆形微织构,并通过栓-盘形式在HT-1000型摩擦磨损试验机上对圆形织构化45#钢进行摩擦性能试验,考察圆形微织构在不同载荷(2、10、20 N)及不同滑动距离(1.88 m和18.84 m)下的摩擦磨损情况,而且借助扫描电子显微镜(SEM)分析摩擦表面的显微结构和形貌,通过能谱仪(EDS)结果分析摩擦表面元素积累情况。此外,为了与之形成对比每组均设有无织构的45#钢试验。结果 在摩擦试验中,载荷为20 N、滑动距离为18.84 m时圆形织构的摩擦磨损性能最优,平均摩擦因数降幅随着滑动距离的增加从11%增加到23.5%,同时栓和盘表面形貌磨损也明显比其他条件的试件要小。在EDS结果中发现圆形织构表面的氧元素更多,集中分布在织构里。结论 当载荷为20 N、滑动距离为18.84 m时,圆形织构的减摩效果最好,摩擦因数稳定,栓盘磨损表面变得光滑,这归因于圆形织构盘表面棘轮效应明显,并形成连续稳定的转移润滑膜,从而减小磨损。     

基于响应面法的环网柜接线套管干切削工艺参数优化研究

采用干切削加工是修复环网柜接线套管表面烧蚀、裂痕的一种有效方法。利用单因素试验研究切削用量在未涂层、TiAlCrN涂层和TiAlSiN涂层刀具下对切削力的影响规律。在单因素试验的基础上运用Box-Behnken中心组合试验方法,采用性能最优的TiAlSiN涂层刀具对环网柜接线套管切削工作参数进行试验研究,以切削速度、进给量和背吃刀量为试验因素,以刀具切向力、轴向力、径向力为试验指标进行三因素三水平二次旋转回归正交试验。通过建立响应面数学模型,分析各切削工艺参数对切削性能的影响,并对试验因素进行综合优化。试验结果表明：影响切削力显著顺序为背吃刀量＞进给量＞切削速度;最优参数组合为切削速度94.589 m/min、进给量0.097 mm/r、背吃刀量0.501 mm,此时刀具切向力为11.75 N、轴向力为34.80 N、径向力为19.53 N;验证试验结果与理论优化值基本吻合。