PCBN刀具高速铣削TC4钛合金切削性能与工艺参数优化研究

针对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的加工特性,采用PCBN刀具,基于单因素试验,研究高速铣削条件下工艺参数对切削力、切削振动等的影响规律,提出综合考虑切削力、切削振动、表面粗糙度的工艺参数优选方法。研究表明:切削力和切削振动随切削速度v和每齿进给量f_z的增大呈现一定的波动,随径向切深a_e和轴向切深a_p的增大而增大,切削振动受切削力影响较为显著。考虑切削性能,以材料切除率为优化目标,以切削力、切削振动和表面粗糙度等为约束条件,建立工艺参数优选模型,可得到不同约束条件下工艺参数的优选组合。     

用金属陶瓷刀具加工淬硬钢薄壁件切削参数优化

通过典型金属陶瓷刀具切削加工淬硬钢薄壁件及其磨损的实验研究,在分析金属陶瓷刀具的磨损和断屑机制基础上,综合运用田口方法,主成分分析方法和表面响应法,以切削参数为优化对象,以切削力,切削功率,零件表面粗糙度以及材料去除率等参数为优化目标,获取最优的切削参数.用主成分分析法将多质量特性问题转化为单一质量特性并建立质量特征模型;再用田口法或表面响应法等优化方法进行加工工艺的实验分析,而求得最优的加工参数范围,达到降低生产成本和提高效率的目的.     

超硬织构化刀具高速切削钛合金试验研究

目的研究高速切削钛合金过程中表面织构对刀具切削性能的影响。方法通过开展常规(无织构)和织构化聚晶金刚石(PCD)刀具高速切削钛合金试验,分析不同条件下切削力、摩擦系数、切削粘结的变化。结果增加切削速度能够有效降低PCD刀具的切削力和摩擦系数。当切削速度为16.485~175.84 m/min时,相对于无织构刀具,织构化刀具的干切削性能在总体上表现最佳,且织构化刀具在干切削时的进给抗力、主切削力和摩擦系数最大分别降低了约71.75 N、39.95 N、0.13。结论高速切削可以显著降低刀-屑界面的切削力、摩擦系数。织构化PCD刀具在低速下的干切削性能明显优于常规刀具,且优于低温润滑条件时的减摩效果。     

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。     

切削Inconel718时新型陶瓷刀具JX-2-Ⅰ的切削性能研究

JX－2－Ⅰ是最新研制的碳化硅晶须（SiCw）增韧和碳化硅颗粒（SiCp）弥散增强氧化铝（Al2O3）新型陶瓷刀具。本文详细研究了该刀具加工Inconel718时的切削性能，结果表明，在低速干切时的刀具抗磨损能力为YG8＞JX－2－Ⅰ＞JX－1＞JX－2－Ⅱ；在105m／min的高速湿式切削时，JX－2－Ⅰ的切削性能与JX－1差不多，但是在42m／min的速度时JX－2－Ⅰ的切削性能好于JX－1（Al2O3＋SiCw）。同时发现在用JX－2－Ⅰ中高速切削Inconel718时必须使用冷却液。由于切削温度对工件材料加工硬化的影响，以及对工件材料高温强度屈服拐点的影响而存在一个切削速度的最佳选取范围。SEM分析表明，刀具磨损的主要形式是后刀面磨损、边界磨损、切深沟槽磨损和前刀面月牙洼磨损；刀具磨损的主要机理是粘结磨损、磨粒磨损和塑性变形磨损。     

表面微织构在切削过程中的研究进展

在切削过程中,临近切削刃的刀具前刀面与切屑、刀具后刀面与已加工表面接触区存在的高温高压情况严重影响了刀具服役寿命和工件表面完整性。表面微织构技术是一种先进的表面改性技术,在刀具表面制备不同尺寸参数、形状参数、分布参数的表面织构能够显著影响刀具的切削性能。当刀具表面微织构制备方法不同时,微织构所呈现的性能也不同。首先从制备技术的原理、制备过程、制备技术特点等方面对当前最先进的刀具表面微织构制备技术进行了综述。然后从切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成、工件表面完整性等角度分析了微织构对刀具切削性能的影响规律与机理。在分析切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成等4个指标时重点关注了刀具前刀面微织构所起的作用,在分析工件表面质量时,同时考虑了刀具后刀面微织构、前刀面微织构的影响。最后,介绍了当前微织构的研究热点,主要包括微织构技术与钝化刃口、润滑剂的协同作用对切削性能的影响,以及微织构刀具在切削过程中发生的衍生切削行为。通过对文献的归纳、总结与深入分析,给出了表面微织构未来的研究方向,为刀具进一步优化提供设计参考。     

预置表面织构对硬态切削加工的影响分析

利用电火花穿孔技术预置表面织构,有效抑制硬态切削过程中较大切削力的产生,避免刀具磨损加剧,提高刀具使用寿命。使用CBN刀具硬态切削GCr15淬硬钢,设计关于切削深度、切削速度、进给量三因素无织构正交切削仿真模拟及试验,利用极差、方差及信噪比值法对仿真及试验数据进行分析,确定最佳切削参数组合,以及各参数对硬态切削过程中产生的切削力的影响程度。使用最佳切削参数组合,硬态切削预置表面织构的GCr15淬硬钢,观测刀具磨损情况,测量切削力,并与无织构等同切削条件下的结果进行对比分析,验证预置表面织构能够有效降低刀具磨损,提高刀具使用寿命。     

织构刀具高速干式切削Al7075-T6的性能研究

表面微织构能够改善刀具的切削性能。为了研究织构刀具高速干切削Al7075-T6时织构参数对切削性能的影响,利用仿真软件建立正交二维切削仿真模型。对比了所选织构参数范围内的最优织构刀具与无织构刀具的主切削力、刀具温度、刀具应力,分析了织构参数对主切削力的影响程度。结果表明:合理的织构参数,可以减小刀具的主切削力,使刀具表现出更好的温度及应力分布梯度;所选织构参数范围内,织构宽度为60μm、织构间距为90μm、织构深度为30μm、织构刃边距为100μm的织构刀具切削性能最好;织构参数对主切削力影响程度从大到小依次为织构刃边距、织构宽度、织构间距、织构深度。     

TiN涂层刀具切削淬硬H13钢切削性能试验研究

为研究TiN涂层刀具切削淬硬H13钢的切削性能,进行了TiN涂层刀具车削加工淬硬H13钢试验。分析了切削用量与切削力、切削温度的关系及涂层刀具磨损机制。研究得出切削速度、切削深度、进给量都对主切削力Fz和切深抗力Fx影响较大,对切削进给抗力Fy影响相对较小;切削速度对切削温度的影响最大;对刀具磨损观察发现刀具的前刀面有明显的月牙洼磨损,刀尖部位出现了微崩刃现象,后刀面出现磨粒磨损。研究结果为生产加工中优化切削用量及提高刀具寿命提供了技术支持和试验依据。     

车梳复合切削特性试验研究

本文围绕车梳复合切削的轴向切削过程中的切削性能问题和切削效率问题,分别在相同的切削参数和材料去除率的条件下,对三种不同齿数车梳刀片的切削力和切削温度进行对比试验.探索了切削刃数目的变化对切削性能及切削效率的影响关系.切削试验包括梳切42CrMo的切削温度及切削力的测量.通过研究结果表明:不同齿数的车梳刀片在不同切削参数下切削温度和切削力有较大差异.在相同的切削参数条件下,多齿刀片的切削力与刀齿数量正相关,分配到每齿上的切削力值小于单刃切削时的数值.且三齿刀具与单齿刀具的切削力值相近;对切削温度而言,各刃口处测量值之间相差不大,单齿切削的切削温度比多齿刀片小.在相同材料去除率的条件下,单齿刀片的切削力数值较高,而三齿刀片和五齿刀片的该值相差不大,且单齿刀片加工后的表面粗糙度较其它两种刀片大.     

模具高速切削刀具技术研究概况

系统地介绍了模具高速切削刀具技术在各个领域的发展现状，包括：刀具材料、刀具磨损、刀具动平衡、刀具与机床的连接、刀具的可靠性、刀具的监测技术和刀具的几何参数。指出发展模具高速切削刀具技术，要从以下几个方面展开工作：研制和开发新的刀具材料，同时进行PCBN刀具切削性能的研究，推广其应用范围；进行模具高速切削刀具磨损机理的研究，进一步提高刀具寿命；做好刀具的动平衡，防止刀具的破损，保证工作人员的安全；进一步加强刀具监测技术的研究，以获得良好的加工质量；建立模具高速切削数据库，以便有效地利用刀具，提高刀具的寿命；大力推进有限元模拟技术在高速切削刀具技术中的应用。     

硬质合金微槽车刀切削刃近域热力强度分析

车刀前刀面切削刃近域作为金属切削过程高温高压的集中作用区域,其热力强度对刀具切削性能有重要影响。文章以前期工作所获得的切削过程刀屑接触界面平均切削温度和平均切削力作为热载荷和机械载荷,确定出刀屑接触区域范围,合理施加约束和边界条件。将稳态热分析和静力学结构分析相关联,对车刀进行热力耦合分析,根据在热载荷和机械载荷综合作用下主切刃近域的应力分布,对该微槽车刀切刃近域热力强度进行分析评价。研究结果表明,该硬质合金微槽车刀切削刃近域的最大等效应力小于刀具材料的许用强度,即该硬质合金微槽车刀在给定切削工况下进行切削时,刀具切削刃近域强度足够,不会因为强度问题影响切削过程的正常进行。     

PCD刀具切削天然大理石的磨损特性研究

通过PCD刀具切削天然大理石的试验研究,分析了在不同加工参数条件下对PCD刀具切削性能的影响以及刀具的磨损机理。试验结果表明:PCD刀具在加工过程中的磨损机理主要表现为磨粒的磨损、剥落,聚晶层的破损与结合剂破坏等;刀具主轴转速为12 000 r/min、进给速度为1 000 mm/min、切削深度为0.5 mm时,刀具的磨损量最小;且磨损量随刀具主轴转速的增加而降低,随刀具的进给速度和切削深度的增加而增加。     

加工复合地板耐磨层时PCD刀具切削参数的研究

切削参数是影响PCD刀具切削性能的主要因素。本文采用Element Six公司的SYNDITE CTH025型聚晶金刚石(PCD)复合片制成强化复合地板用切削刀具，进行了一系列加工强化复合地板耐磨层的切削实验。通过实验研究了切削参数对刀具切削力的影响，得出了切削力随切削参数的变化规律，指出随着切削深度的增加，PCD刀具切削力增加；进给速度的增加使切削力增加；切削速度的增加将会使切削力降低。同时，分析了切削参数对刀具磨损、工件加工质量以及加工效率的影响。最后，本文总结了采用PCD刀具加工强化复合地板时加工参数的选择原则，认为当n=6000r／min、f=10000mm／min能够实现较高的加工效率，并保证工件的加工质量。     

钛合金TC4高效粗加工工艺的研究

本文通过分析钛合金TC4的切削性能特点,选择不同几何结构的硬质合金刀具进行高效粗车加工实验,探索最大金属去除量的切削参数,分析TC4高效车削刀具磨损机理,优选刀具结构。结果显示,与切深相比,刀具寿命对切削速度更为敏感;适当降低切削速度而提高切深可有效提高金属去除量,在实验切削参数条件下,选择切削速度v=60 m/min,进给量f=0.3 mm/r,切深ap=4 mm更有利于钛合金TC4的高效粗车加工,单个刀尖金属去除量最大;刀片前刀面的"小突起"或者"小筋条"结构可有效抑制前刀面的月牙洼磨损和粘结磨损;钛合金TC4高效粗加工刀刃要求具有一定的锋利性和刃口强度,-T槽型刀片的前角结构更有利于TC4的高效车削加工。     

超声辅助切削微V形槽的切削特性研究

针对常规切削V形槽微结构时产生较多毛刺和凹坑等表面质量问题,对超声辅助切削微V形槽的切削特性进行理论分析和实验研究,并与常规切削的微V形槽进行对比。利用单晶金刚石刀具,通过改变切削深度和切削速度对黄铜这一延性材料进行切削试验。实验表明,超声辅助切削的切削力显著降低,加工边界的毛刺和凹坑等缺陷明显得到抑制,最小侧面粗糙度可达13 nm。超声辅助切削可以有效减少V形槽毛刺的产生,降低其侧面粗糙度,提高加工质量。     

微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

Gcr15单/二次高速切削的切削性能比较

为了比较单次和二次切削加工的切削性能,在不预设分离层的前提下,文章采用ABAQUS/Explicit6.14分别建立了GCr15单次和二次高速切削热力耦合有限元模型。对比单次/二次切削过程中的切削力、切削温度、以及已加工表面质量,发现二次切削的第二步切削力、刀具最高温度以及温度域均小于第一步,二次切削工件已加工表面质量略好于单次切削。并将模拟所得切屑形态与文献中实验所得切屑形态进行对比,验证了模拟的准确性。模拟结论对指导实际切削中在给定目标切深下,合理安排走刀次数,以得到最优切削结果具有重要意义。     

形状因子对切削力和切削温度影响的仿真分析

形状因子是用来描述刀具刃口轮廓对称程度的重要参数。形状因子越大刀具刃口轮廓对称程度越小。文章首先通过建立单因素切削仿真方案研究了形状因子对切削力和切削温度的影响规律。进而通过正交切削仿真研究了主轴转速、每齿进给、轴向切深、径向切深和形状因子等影响因素对切削力的影响程度。研究结论可以为提高加工效率、降低研究成本提供理论支持。     

高温合金切削刀具表面凹槽织构参数的优化研究

为获得切削性能优异的镍基高温合金专用切削刀具,采用有限元仿真和切削试验研究车刀前、后刀面直线型织构凹槽的织构角度、凹槽间距和凹槽宽度对镍基高温合金GH4169切削过程中切削力和切削温度的影响规律。仿真结果表明:前刀面织构能降低刀具切削力和切削温度;与织构间距和凹槽宽度相比,凹槽织构的角度对刀具切削力和切削温度的影响更显著;当在刀具前刀面平行主切削刃建立凹槽状织构,织构间距60μm、凹槽宽度20μm时,切削力较低,切削温度最低。同时,切削试验显示平行于切削刃的织构刀具耐磨损性能和切削寿命均最好。织构刀具的工作寿命相比于无织构刀具提升了66.7%。