钛合金TC4的切削温度场分析及刀具磨损研究

在硬质合金刀具切削加工钛合金过程中,刀具磨损是限制刀具寿命的主要因素之一,而切削温度与刀具磨损、加工精度和工件加工表面的完整性密切相关。因此,研究切削过程中的切削温度变化规律及刀具磨损规律有助于提高生产率,降低生产成本。借助Deform-3D有限元软件,对硬质合金刀具切削钛合金过程中的切削温度场及刀具磨损进行了仿真分析,得出了切削速度、进给量、切削深度和刀具前角的动态变化对切削温度的影响规律以及刀具磨损量随切削温度的变化规律,此规律对切削参数的选择和刀具寿命及磨损的研究具有重要的指导作用。     

基于热力学的PCBN加工模具钢扩散与氧化磨损

从热力学的角度研究了PCBN刀具扩散磨损和氧化磨损规律,利用热力学模型计算不同温度下PCBN刀具加工钢铁、镍基合金、铝合金和钛合金时刀具材料扩散溶入工件材料中的浓度值.用物质吉布斯自由能函数法,计算出不同温度下13个可能的化学反应的标准吉布斯自由能,理论计算表明产物中三氧化二硼和二氧化钛含量较多,实验结果与结论吻合较好,研究结果为刀具材料的研究和设计提供参考,并可实现对刀具磨损状态的预报.     

带断屑槽的硬质合金刀具干车削40Cr钢的切削性能

采用带断屑槽的硬质合金刀具干车削40Cr钢,研究了此种刀具车削40Cr钢,刀具前后刀面的磨损机理,分析了切削参数(切削速度和进给量)对刀具寿命和切削温度的影响.结果表明:此种硬质合金刀具干车削40Cr钢的磨损机理为剥离磨损、粘结磨损、氧化磨损和微崩刃;随着切削速度的增加,刀具磨损率降低;低速时切削速度的增加,提高了切削温度,当切削速度大于120m/min时切削温度随之降低;进给量的增加,能够提高刀具断屑槽的利用率,减小切屑对刀具主切削刃的正压力,降低切削温度,改善进给量的增加对刀具寿命的影响.     

铣削508Ⅲ钢不同涂层对刀具切削性能影响

核电水室封头部件属于难加工零件,材料为508Ⅲ高强度钢。针对铣削加工过程中刀具切削性能差、寿命短与加工效率低等问题,首先对涂层硬质合金刀具进行切削仿真,从切削温度和应力方面,分析涂层对刀具切削性能影响;然后进行铣削508Ⅲ钢涂层刀具磨损实验,通过刀具磨损观测及前刀面形貌分析,探究涂层对刀具磨损与刀具寿命的影响;最后进行涂层性能对比实验,讨论不同类型涂层、涂层厚度和不同涂层热扩散率对硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢切削过程影响。研究结果为铣削水室封头硬质合金刀具开发及核电零件高效加工等提供技术支持。     

Analysis on the Wear Performances of Cemented Carbide Tools Containing Ti in the Coatings When Machining Ti-6Al-4V Alloys

含钛涂层硬质合金刀具在加工Ti-6Al-4V合金时的磨损性能分析

孙剑飞1,2,3,杜大喜4,丁梓轩1,王凯1,白大山1,陈五一1,2

（1.北京航空航天大学 机械工程及其自动化学院,北京100191;

2.先进航空发动机协同创新中心,北京100191,中国;

3.北京市高效绿色数控加工工艺与装备工程技术研究中心,北京100191,中国;

4.北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166,中国）

摘要：由于钛元素的高亲和力,在加工钛合金时含钛涂层的硬质合金刀具似乎不是最佳的选择。然而在实践中,含钛涂层硬质合金刀具仍然广泛应用于钛合金的加工。为了系统的解释实践与理论之间的矛盾,进行了切削实验。使用俄歇电镜扫描切削区域来解析钛合金与硬质合金刀具之间的扩散过程。并通过分子热力学模拟Ti/Co扩散行为对这一过程进行仿真。实验和仿真结果表明,Ti/Co原子的相互扩散是导致扩散磨损的主要原因。溶解-扩散磨损是含钛涂层硬质合金刀具的主要磨损机制之一。此外,采用四种硬质合金刀具和另外两种金属陶瓷刀具以不同的速度切削Ti-6Al-4V合金,进一步验证含钛刀具在基体和图层中的高亲和力。实验结果表明,含钛硬质合金刀具一般不能用于钛合金的切削加工,但在合理的切削条件下,刀具与工件的亲和力较低。

关键词：磨损机理;Ti/Co扩散;分子热力学模拟;含钛硬质合金刀具;Ti-6Al-4V钛合金

     

氮铝钛表面涂层刀具技术在切削加工中的应用

采用氮铝钛(TiAlN)涂层硬质合金刀具对不锈钢、模具钢进行切削实验,并与未涂层硬质合金刀具的寿命作比较.研究了TiAlN涂层刀具与未涂层硬质合金刀具在不同的切削参数下的刀具磨损状况,利用扫描电子显微镜对磨损后的刀具表面形貌进行了分析.同时深入研究TiAlN涂层刀具的切削长度与刀具磨损量之间的定量关系.结果表明:TiAlN涂层刀具有优良的物理性能、力学性能和很高的耐磨性能,与未涂层刀具相比,大幅提高了刀具的耐用度,是切削不锈钢、模具钢等难加工材料的理想刀具材料.     

高效切削钛合金时刀具磨损试验分析

针对航空发动机典型零件钛合金膜盘在加工过程中刀具磨损严重、加工效率低的问题,采用未涂层硬质合金刀具进行钛合金外圆车削加工试验研究,利用CCD观测系统和SEM的能谱分析（EDX）研究刀具刃口微观结构变化,分析刀具的磨损形态及不同切削条件和锯齿屑对刀具磨损的影响. 结果表明：钛合金外圆车削加工时,刀具磨损主要为粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损,切削速度对刀具磨损影响较大,进给量次之,背吃刀量最小. 随着切削速度和进给量的增加,磨损加剧,锯齿屑的高频形成导致切削力的高频变化,这种高频率的冲击载荷在前刀面上产生应力和温度冲击,使刀具形成微裂纹,加速刀具磨损;使用冷却液可以减轻刀具后刀面粘结磨损和扩散磨损,从而可有效地控制刀具磨损.     

微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.     

模具钢Cr12MoV精密硬态切削过程刀具磨损

模具钢Cr12Mo V硬态切削过程中,工件材料的高硬度导致了刀具在切削过程中受到剧烈的热力耦合作用,刀具的磨损机制也明显不同于常规的切削过程.本研究以PCBN刀具精密硬态切削模具钢Cr12Mo V过程为对象,分析了刀具前刀面和后刀面的磨损规律,通过元素变化分析得到刀具不同位置的磨损机制;通过揭示不同切削速度和进给量下的刀具磨损规律为合理选择切削参数提供理论依据;研究揭示了切削合力和切削三分力受刀具磨损量的影响机制;通过建立磨损刀具的几何模型,采用有限元仿真软件Deform对不同刀具磨损量下的切削过程进行了仿真分析,得到了刀具磨损对切削温度场的影响机制.     

CVD涂层硬质合金刀具的失效机理

通过系统的实验研究和理论分析,揭示了 CVD(化学气相沉积)涂层硬质合金刀具在磨损和破损状态下的不同的失效机理,并在机理分析的基础上,阐明了涂层硬质合金刀具对于切削条件的特殊适应性.