织构刀-屑界面滑移区微通道特性数值研究

刀-屑界面滑移区的接触及微通道分布特性直接影响切削液的渗入和刀-屑界面摩擦,对金属切削过程有着重要的影响,针对滑移区接触及微通道分布特性测量难、切削液在刀-屑界面渗入不易量化等问题,建立微织构粗糙刀-屑界面滑移区的接触数值模型,分析滑移区的接触、微通道分布特性以及微织构作用机制。研究表明:滑移区存在3种不同的宏观接触特性,分别为近黏结特性、微通道特性和近分离特性;在近黏结特性区内,刀-屑界面不存在微通道,微织构主要功能为减少刀-屑界面接触面积;在微通道特性区内,刀-屑界面存在大量微通道,微织构主要功能为连接微通道;在近分离特性区内,刀-屑界面微通道消失,微织构主要功能为存储切削液。刀-屑界面应力分布系数对各特性区长度有影响,应力分布系数减小,近黏结区和微通道区长度增大,而近分离区长度相应减小。     

刀具表面微织构的设计制造及其对摩擦特性的影响

刀具的损坏形式主要有磨损和破损,研究发现,磨损损坏形式在刀具损坏中的比例高达70%。为了减缓和降低刀具的摩擦强度,延长并提升刀具寿命,本文基于仿生学原理,通过纳秒激光器在刀具表面加工沟槽织构,改变刀具表面的结构和形态。探究激光参数对微织构尺寸和形貌的影响,确定加工微织构的最优激光参数。在此基础上,分析干摩擦条件下不同面积占有率的正弦型沟槽织构刀具在不同载荷和摩擦速度条件下的减摩机理。     

表面织构对刀具主剪切区特性的影响研究

表面织构能明显改善刀具的切削性能,进一步清晰织构刀具的切削机理.将数值仿真及理论解析相结合,研究表面织构对刀具主剪切区特性的影响,分析主剪切区剪切角、温度及切屑形变量参数的变化.结果表明:刀具表面织构影响了刀-屑界面的接触及摩擦特性,增大了刀具主剪切区的剪切角,进而减小了刀具的切削力、刀-屑界面温度及切屑剪切形变量;主...     

刀具织构对表面粗糙度的影响

利用激光加工技术在刀具主后刀面上加工出微凹坑织构,对比分析普通刀具和织构刀具在不同转速条件下分别切削45#钢后工件表面的粗糙度,微织构刀具加工的工件表面粗糙度变化小,证明微织构刀具可以提高工件表面的加工质量.     

基于原子沉积法的纳米Al2O3涂层微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数研究

采用原子沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)分别在点状微织构和条状微织构YT5硬质合金刀具(微织构刀具)上制备了纳米Al_2O_3涂层,通过直角切削实验研究了纳米Al_2O_3涂层对微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数的影响,并将纳米Al_2O_3涂层微织构刀具与微织构刀具、YT5硬质合金刀具进行对比。结果表明,微织构能降低刀具刀-屑界面间的摩擦系数;纳米Al_2O_3涂层能进一步降低微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,其中厚度为100 nm的Al_2O_3涂层微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数最小,当点状微织构间距为0.15 mm时摩擦系数值最优,当条状微织构方向垂直于主切削刃时摩擦系数值最优;刀具刀-屑界面间的摩擦系数随着切削速度的增加而增大。纳米Al_2O_3涂层与微织构相结合将刀-屑界面间的摩擦由滑动摩擦转变为滑动-滚动复合摩擦的形式,降低了微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,改善了摩擦性能,有利于提高刀具耐用度。     

织构参数对刀具表面摩擦系数的影响研究

研究了前刀面具有圆形凹坑阵列微织构的YT15硬质合金刀片对45钢工件进行切削试验时,其微织构参数与刀—屑界面平均摩擦系数的关系。通过单因素试验,获得各织构参数分别和刀—屑界面平均摩擦系数的关系:当凹坑直径小于200μm时,直径越大摩擦系数越小;接触区面积占有率在70%-75%时,摩擦系数较大,接触区面积占有率大于75%,时则可保证刀—屑界面摩擦系数较小;织构凹坑深度为4μm时,可以获得最小平均摩擦系数。验证了织构凹坑直径、接触区面积占有率以及凹坑深度等织构参数对刀—屑摩擦系数的关系,得出了在刀具前刀面加工出合适参数的微织构可有效降低刀—屑界面摩擦系数的结论。     

激光加工刀具表面微织构的应用研究

切削加工过程中,刀具与工件材料、切屑近距离发生摩擦,产生极高的切削温度和较大的切削力,刀具磨损剧烈。如何延长刀具寿命,抑制刀具的快速磨损成为现阶段研究切削加工的核心课题。刀具表面微织构具有减小切削力、降低切削温度、减缓刀具的磨损的作用,从而能够延长刀具的使用寿命。激光加工技术加工范围广泛、安全可靠、加工精度高、自动化程度高,成为目前加工表面微织构技术中应用极为广泛的技术。研究激光加工刀具表面微织构特别是陶瓷刀具表面微织构,具有重要的理论研究价值与广阔的应用前景。     

表面微织构刀具切削加工技术

刀面微织构改变了刀具与切屑之间的摩擦状态,表面微织构刀具在切削中能够降低刀具磨损、提高刀具寿命和切削性能,研究表面微织构刀具的切削加工技术具有重要意义。通过对表面微织构刀具切削加工技术进行综述,介绍了表面微织构刀具制备方法以及表面微织构刀具在切削加工过程中的切削力、切削温度、刀具磨损、工件加工表面粗糙度的影响规律,梳理了表面微织构在不同刀具上的应用,对表面微织构刀具切削加工技术的未来发展趋势进行了展望。     

基体表面纳织构化对AlCrN涂层刀具界面结合强度影响的研究

为了探讨基体表面不同预处理工艺对涂层界面结合强度的影响,利用研磨抛光、喷砂和织构化等三种不同的预处理工艺对基体表面进行处理后涂覆Al Cr N涂层,制备出三种不同的Al Cr N涂层试样。对试样进行划痕试验,研究并比较各试样的界面结合强度。研究结果表明:与研磨抛光和喷砂两种预处理方式相比,织构化工艺能在基体表面有效加工出规则、连续的纹理,增加基体表面的粗糙度,有利于增加涂层与基体间的界面结合强度。     

微织构刀具研究现状

微织构刀具具有独特的刀面减磨槽设计,这使其在切削时具有抗磨损、减小切削力和切削热、增强润滑等有利于切削的各种性能,因此得到了国内外学术界和产业界的广泛关注。从微织构刀具对切削性能的影响、微织构的加工方式、分布方式、润滑方式、微织构对刀具强度的影响等几个方面,对现有刀具表面织构化技术的研究情况进行了梳理分析,为微织构刀具的设计、创新和发展提供系统的基础理论和有效实用的方法。     

氧化锆陶瓷车削中刀具表面微织构参数对切削性能的影响

利用飞秒激光加工技术在硬质合金车刀后刀面加工出不同宽度和间距的沟槽型表面织构。通过氧化锆陶瓷材料干切削试验,研究织构化刀具磨损机理,分析织构参数对切削力和刀具磨损量的影响规律。实验结果表明：具有合理参数的后刀面织构化刀具能够明显降低切削力,减少刀具磨损。沟槽型织构通过储存切屑、稳定黏结物和对已加工表面上硬质点的二次切削作用,降低刀具后刀面的黏着磨损和磨粒磨损。织构的二次切削作用会导致切削力增大,与织构的减摩作用共同影响切削力。     

微织构刀具织构参数优化仿真研究

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构(微织构)可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距织构间距织构宽度正弦曲线幅值周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。     

刀具表面微织构激光加工方法研究与分析

在刀具的表面加工微织构,可显著提升刀具的切削性能,大幅提高刀具耐用度并延长刀具的使用寿命。本文利用脉冲激光在硬质合金(WC-Co,YG8)刀具的表面加工微织构,重点对激光功率、频率、脉冲个数和光斑直径对微坑织构的尺寸、形貌以及激光加工中产生微裂纹的影响进行了系列试验研究。采用波长λ=1064nm、激光功率W=90W、频率f=20Hz、脉冲个数n=20、光斑直径d=500μm的激光参数,在硬质合金刀片300℃预热处理后,用带有4个档位的超声振动辅助手段在刀具表面加工微坑织构。并选用原始激光加工后的硬质合金片和热处理超声振动辅助激光加工后的硬质合金刀片进行比较,试验结果表明,当刀具采用预热处理后,辅以超声振动进行激光加工的方法对控制刀具表面织构尺寸精度、刀具表面形貌的均一稳定和抑制表面微裂纹的产生具有重要意义。     

切削速度对微织构涂层刀具切削性能的影响

为了探究前后刀面微织构涂层刀具在不同切削速度下的切削性能变化规律,利用光纤式激光器在涂层刀具的前刀面和后刀面上分别制备出圆孔和直槽混合微织构,使用该刀具在38CrMoAl氮化钢上进行切削实验。结果表明,随着切削速度的增加,无织构刀具和前刀面织构刀具的切削温度变动范围不大,前后刀面混合微织构刀具的切削温度最大值比无织构刀具的切削温度最大值降低了13%～27%;织构刀具切削力的降低幅度,随着切削速度的增加而增加,相对于无织构刀具的切削力,其最大降幅近40%;在切削速度为80 m/min时,织构刀具对应的表面粗糙度值几乎相等,在其他切削速度时,前后刀面织构刀具对应的表面粗糙度值均小于前刀面织构刀具对应的值,并且表面粗糙度值随着切削速度的增加而降低;振动信号结束段和起始段频谱幅值的变化范围随着切削速度的增加而变得明显。与无织构刀具相比,织构刀具在不同切削速度下均可以改善刀具的切削性能,特别是后刀面织构的存在,这种改善效果更加明显。     

表面织构陶瓷刀具切削性能研究

采用激光在Al2O3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出不同的表面织构,制备出纳米织构陶瓷刀具及微纳米复合织构自润滑陶瓷刀具,并与传统陶瓷刀具进行干切削45淬火钢试验比较.结果表明:纳米织构陶瓷刀具不能够有效降低切削力、改善刀具黏结现象,但是可以减小刀具前刀面磨损凹坑,减少磨粒磨损;微纳米复合织构自润滑陶瓷刀具能够有效降低切削力,减小刀具磨损,改善刀具的切削性能.     

基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金仿真研究

利用有限元软件ABAQUS构建钛合金切削过程的二维仿真模型,通过钛合金切削试验验证模型的正确性。对微织构刀具切削钛合金的过程进行仿真,与无微织构刀具切削钛合金的仿真进行对比分析,研究了微织构刀具应力分布、切削力的变化规律以及对等效塑性应变的影响。仿真研究表明,微织构的存在对切削过程中刀具的应力分布有积极的改善作用,可以降低切削力,减少塑性应变。     

微织构刀具研究现状及展望

针对微织构刀具切削性能的研发现状,介绍了微织构刀具减磨机理,给出了微织构制备方法及特点,分析了微织构形式及其对切削性能的影响,展望了微织构刀具的发展趋势.     

刀具表面微织构设计和切削仿真分析

织构在刀具表面上的应用受到众多使用者的青睐,为了进一步深化对织构的设计,使其具有更好的润滑减摩效果,针对微凹坑织构的单一独立性和宽凹槽织构的锯齿切削现象的弊端,设计了微凹坑-凹槽线性组合织构形貌。采用ABAQUS通用软件对新型织构类型刀具进行二维切削仿真,通过仿真对比后发现,织构刀具在应力、切削温度、切屑形态方面都表现出较好的优越性,并且在切屑卷曲方面,织构与刀面交接处的弧度对切屑表面光整度具有较大影响,较大的弧度能够有效降低锯齿切削现象。     

陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀正交工艺实验研究

基于正交试验法优化陶瓷刀具表面微织构激光刻蚀工艺参数,使用极差分析法绘制了各因素与各指标之间的关系曲线图,得到各因素对微织构尺寸的影响程度,以此优化激光工艺参数。结果表明:影响微织构宽度的主次顺序为重复频率、激光功率、扫描次数、扫描速度;影响微织构深度的主次顺序为:扫描次数、重复频率、扫描速度、激光功率。激光功率过大、扫描速度过慢、重复频率过大、扫描次数过多,会使得陶瓷刀具表面微织构底产生裂纹。采用优化后的工艺参数进行实验,有效地抑制了微织构表面裂纹的产生,且微织构尺寸达到切削实验要求。