TiN和TiAlN涂层刀具铣削铝锂合金表面质量试验对比研究

目的 比较TiN和TiAlN涂层刀具加工铝锂合金的切削性能和表面质量。方法 使用硬质合金、TiN涂层和TiAlN涂层三种刀具,对2198-T8型铝锂合金进行干式铣削试验。改变切削因素的水平,比较刀具磨损、铝锂合金的表面粗糙度、切削力和切屑形态。结果 铣削铝锂合金时,刀具主要磨损为粘附磨损,TiN涂层的粘附程度最低,硬质合金次之,TiAlN涂层表面粘附最严重,切削效能最低。粘附磨损严重影响铣削成形的表面粗糙度,并使铣削力增加。铣削速度是影响工件表面粗糙度的主要因素,通过提高铣削速度可明显降低材料的粘结程度,降低表面粗糙度与铣削力,TiN涂层在铣削铝锂合金时最小表面粗糙度可达到0.5 μm以下。在相同的切削参数下,TiN涂层断屑均匀,切屑表面较为光滑,切屑塑性变形最小。硬质合金刀具产生的切屑尺寸较短,切屑表面有少量带状条纹,TiAlN涂层刀具产生的切屑发生了严重的塑性变形。结论 与TiAlN涂层和硬质合金刀具相比,TiN涂层刀具在铣削铝锂合金时的切削效能最好,可以达到最好的表面粗糙度和加工效果。     

钛二维机加工的切削力预测

对材料进行切削加工时,除要考虑被切削材料和刀具这两个重要因素,也要考虑夹具、切削参数和冷却液等其他因素。在切削加工过程中,被切削材料上不需要的部分在刀具边缘变成切屑,切屑形成区的压应力和摩擦力会对切削力产生影响。金属切削是一种塑性变形过程。为观察和预测钛及钛合金切削过程中的切削力,开发了DEFORM2D软件来模拟切削过程。该软件使用有限元方法模     

刀具磨损对PCBN刀具切削过程的影响

本文研究了ＰＣＢＮ刀具切削淬硬高速钢的刀具磨损形态、耐磨性能、考察了ＰＣＢＮ刀具的“自锐”行为及其对刀具切削机理和加工表面粗糙度的影响，并分析了ＰＣＢＮ刀具的破损问题，ＰＣＢＮ刀具在较低的速度下切削淬硬高速钢时有副切屑形成，本文认为副切屑的形成和消失与积屑瘤无关而与切屑温度有关。     

不同磨损量PCBN刀具椭圆振动车削仿真研究

通过改变刀具磨损量建立具有不同磨损状态的PCBN刀具切削镍基高温合金Inconel 718的仿真模型,设置边界散热条件模拟浇注式切削液冷却环境,分别进行椭圆振动切削仿真和普通切削仿真。研究了具有不同磨损量的PCBN刀具对椭圆振动切削过程中切削力、切削温度、切屑形态的影响规律,并与普通切削进行对比。结果表明:在刀具磨损量相同的情况下,椭圆振动切削的切削力、切削温度的曲线斜率是大于0并且小于普通切削的,而切削力、切削温度是影响刀具使用寿命的重要因素,因此相比于普通切削,椭圆振动切削的刀具寿命更长;椭圆振动切削所形成的切屑弯曲半径比普通切削小,有利于断屑。此外该研究结果数据也可以为椭圆振动切削加工Inconel 718过程中PCBN刀具磨损的实时监测提供依据。     

刀具几何参数对金属钛纳米切削影响的分子动力学研究

基于分子动力学的基本原理,构建了钛的纳米切削分子动力学仿真模型。工件原子间采用嵌入原子势EAM（Embedded atom method）,工件原子与刀具原子间采用Morse势函数,研究了在不同刃口半径和刀具前角条件下,钛纳米切削过程中工件形态、系统势能、切削力以及工件温度等的变化规律。结果表明：随着刀具刃口半径增大,加工表面粗糙度增加,切削力和工件温度降低,切屑变薄;当刀具前角由负值增加到正值,钛工件承受的压应力逐渐变为剪应力,正前角刀具更有利于切削,同时在不同的刀具前角下,切向力和法向力的大小也有显著变化。     

刀具几何参数对金属钛纳米切削影响的分子动力学研究（英文）

基于分子动力学的基本原理,构建了钛的纳米切削分子动力学仿真模型。工件原子间采用嵌入原子势EAM(Embedded atom method),工件原子与刀具原子间采用Morse势函数,研究了在不同刃口半径和刀具前角条件下,钛纳米切削过程中工件形态、系统势能、切削力以及工件温度等的变化规律。结果表明:随着刀具刃口半径增大,加工表面粗糙度增加,切削力和工件温度降低,切屑变薄;当刀具前角由负值增加到正值,钛工件承受的压应力逐渐变为剪应力,正前角刀具更有利于切削,同时在不同的刀具前角下,切向力和法向力的大小也有显著变化。     

高速切削加工技术及其重要应用领域浅析

阐述了高速切削加工技术及其重要特点,介绍了切削刀具、润滑技术、切屑排除等关键问题,分析了高速切削加工技术在汽车模具制造业和航空航天领域内加工零部件的优越性,介绍了它在变速箱箱体及发动机缸体和薄壁零件加工中的具体应用,并预测了高速切削加工技术的发展方向。     

加工镍基高温合金切屑塑性侧流实验研究

通过聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具直角自由切削加工镍基高温合金实验,研究了切削速度、进给量、刀具磨损状态、刀具几何参数及刀具材质对切屑塑性侧流的影响,探讨了切屑塑性侧流对刀具磨损的影响。实验结果表明:切削速度、进给量、刀具磨损及负倒棱角度对切屑塑性侧流影响较大,刀具材质及刃口钝化影响很小;切屑塑性侧流现象在低速、较大进给量、较大负倒棱前角以及刀具磨损量较大的条件下比较明显,且当速度超过某值(v=62.4 m/min)时,切屑侧流达到稳态;切屑塑性侧流产生的锯齿形毛刺是刀具前刀面两侧产生沟槽磨损的主要原因。     

加工参数对单晶γ-TiAl表面质量和亚表层损伤的影响机理

为研究加工工艺参数对纳米切削单晶γ-TiAl合金表面质量和亚表层损伤的影响机理,以分子动力学（molecular dynamics, MD）为基础理论,采用非刚性金刚石刀具建立三维纳米切削模型,通过研究切屑体积、表面粗糙度、静水压分布、位错密度、位错演化、相变原子数,详细分析不同切削速度和切削深度对表面和亚表面结构的影响。结果发现:随着切削速度的增加,切屑体积增大,加工效率提升,且存在切削速度为100 m/s的临界值。表面粗糙度先减小后增大,同样存在切削速度为100 m/s的临界值。位错的复杂程度降低,位错密度减小,塑性变形程度增加;随着切削深度的增加,切屑体积增大,加工效率提升,表面粗糙度、位错密度以及塑性变形程度显著增加。在切削过程中,发现位错主要分布在刀具前方和下方,在刀具前方45°方向存在V形位错和梯杆位错以及位错间的相互反应,且切削完成后残留下空位和原子团簇等稳定缺陷。      

日本钛协会获奖人员座谈会

钛及钛合金高温强度大、热导率低、化学活性高,车削加工时容易粘刀,是一种难车削加工的材料。从20世纪50年代起,美国和法国就开始对刀具的耐磨性、主切削位置的塑变特性、片状或环状切屑的形成、工件出现的振颤现象、刀具的快速磨损情况等进行了研究,发现高速切削时,可产生发热（刀尖处尤其明显）,刀边部形成磨顶槽或发生塑性变形,刀具磨损快;切削钛合金等硬质材料时,使用多晶金刚石和烧结立方NB刀具的切速可比使用普通WC刀具稍快。同时还研究了许多钛合金的切削性能,如纯钛,Ti-6Al-4V（Ti-64）,VT14,VT15,Ti-6Al-2Sn-4…     

球头铣刀铣削斜面的三维有限元仿真研究

在能源动力、汽车、航空航天、模具制造等关键零部件的加工过程中,球头铣刀因其特有的刀具几何结构,常作为零件加工的最终成型刀具。考虑到在球头铣刀立铣加工中不同的刀具与工件相对姿态会对切削过程产生不同的影响,本文研究切屑形成和不同走刀方式下切削过程中各物理量(切削力、切削温度等)的变化情况,结合有限元仿真技术在切削加工中的应用,建立硬质合金球头铣刀铣削斜面的有限元模型,模拟相同切削参数下,八种不同走刀方式的球头铣削过程,分析刀具切入切出工件时切屑的形成过程,探究切削力和切削温度的变化规律。仿真结果表明:不同的走刀方式,平均切削合力各不相同,同时切屑和工件的最大切削温度也出现较大差异,而斜坡上坡逆铣的走刀方式所对应的平均切削合力和最大切削温度均最优。     

蠕墨铸铁铣削加工的试验研究

本文研究蠕墨铸铁铣削加工的工艺技术,分析了切削参数对切屑形貌特征的影响规律,建立了基于切削参数的铣削力、粗糙度的线性回归经验公式,对比分析了铣削加工蠕墨铸铁(RU380)、灰口铸铁(HT300)、球墨铸铁(QT500)刀具的失效形式和失效机理,并给出了铣削加工蠕墨铸铁的推荐切削条件。结果表明:蠕墨铸铁铣削加工的切屑为较规则的螺旋管状,切屑颜色接近被加工材料初始色,且几乎不随切削参数变化而改变;高的切削速度和小的进给量能有效改善切屑背面褶皱和层积现象;切削深度对铣削力的影响最为显著,进给量的变化对粗糙度的影响相对明显,采用常规切削参数均能获得良好的粗糙度;蠕墨铸铁铣削刀具的失效机理为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损,并在其相互影响下导致刀具磨损失效,基本未出现崩缺等异常现象;水冷条件下铣削蠕墨铸铁,刀具寿命较低,且失效形式为崩缺失效,不利于安全生产及发挥刀具性能。     

基于ABAQUS的锯齿形切屑形成机理分析与实验研究

锯齿形切屑的形成会导致机床振动,使刀具的切削性能下降,降低工件的加工质量,因此需要对其形成机理进行分析,合理优化切削参数,减少锯齿形切屑的形成机率。本文利用ABAQUS软件对钛合金的加工过程进行仿真分析,模拟锯齿形切屑的形成机理,并在不同切削条件下进行仿真和实验研究,讨论切削参数对切屑锯齿化程度的影响。结果表明,随着切削速度和进给量的增加,切屑的锯齿化程度逐渐增大,随着刀具前角的增大,切屑的锯齿化程度逐渐减小。研究结果对提高工件加工质量以及设计工艺参数有一定指导作用。     

大应变切削制备的超细晶纯铜切屑热稳定性的研究

采用不同前角的刀具对纯铜进行大应变切削加工,对获得的超细晶纯铜切屑进行不同温度的退火处理.利用扫描电子显微镜(SEM)和维氏硬度测量仪进行检测,分析不同前角和退火温度对超细晶纯铜切屑微观组织和力学性能的影响.结果表明:用0°前角刀具进行大应变切削加工后,切屑晶粒平均尺寸为0.3μm、硬度为160HV,在200～280℃...     

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。     

切削过程中刀/屑的切削温度预报

本文以有限差分法为基础建立了连续切削和铣削的数值模型,该数值模型用于预报切削过程中刀具和切屑的温度场.连续或稳态切削(如正交切削),可用刀具-前刀面接触区刀具切屑导热(热传导)模型加以研究.该模型考虑了第一变形区的剪切能、前刀面-切屑接触区的摩擦能、运动刀屑和固定刀具之间的热平衡.用有限差分法求解温度分布,可将该模型延用到断续切削和切削厚度随时间而变化的铣削加工中.根据刀具转角,将切屑划分为微元.刀具转角是由工件主轴速度和离散时间所决定.每一个微元的温度场可看成是一阶动态系统,它的时间常数由刀具和工件材料的导热性能和前一个切屑段的初始温度所决定.瞬态温度变化的估算是依次求解连续切屑单元的一阶热传递问题.模型对连续切削稳态温度和切屑、加工过程不连续变化的断续切削的瞬态进行预报.数值模型和仿真结果与文献报告的实验温度相符.     

钨及其合金的切削加工

钨及其合金是非常好的工程材料熏但其切削加工性差。文中介绍了钨及其合金的性能熏以及在切削加工时刀具材料与几何参数的合理选择。     

三维整体高翅片强化传热铝管刨削成形机理

为了高效加工出三维整体高翅片强化传热管,提出采用多刀刨削加工三维整体高翅片强化传热管的制造方法——利用在基管上同时刨削出多片不脱离工件的、不发生卷曲的切屑作为三维整体高翅片强化传热管的翅片。研究刀具前角、切削厚度对切屑卷曲的影响,初步探讨翅片刨削成形即切屑不卷曲的机理。结果表明,切屑不卷曲的条件是当刀具前角为60°或55°时,切削厚度在0.15~0.25 mm之间,或者前角为50°,切削厚度在0.1~0.2 mm之间时,切屑不发生卷曲;切屑不卷曲的机理在于切屑根部没有发生明显的剪切变形。     

单晶γ-TiAl合金纳米切削过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究单晶γ-TiAl合金纳米切削过程,通过对单晶γ-TiAl合金的建模、计算和分析,讨论了不同切削深度和切削速度对切削过程的影响,结果发现:在切削过程中,随着切削深度的增大,切屑体积逐渐增大,切屑中原子排列越来越紧密,位错密度也会随之增大;但随着切削速度的增大,位错密度反而会随之降低。在一定的切削深度和切削速度范围内,切削过程中刀具前方都会产生"V"型位错环,工件的温度和势能也都会相应的增大。特别是,当切削速度为400 m/s时,刀具前方的切削表面上未出现原子错排。     

PcBN刀具在加工合金方面的应用与研究

介绍了PcBN烧结及特性,并介绍了影响PcBN刀具性能的影响因素及当今作为加工难切削合金刀具来实现以车代磨、以铣代磨的不可替代性。论述了国内外PcBN刀具在加工合金方面的应用研究与进展,尤其是在加工钛合金和镍基高温合金方面,认为国内对PcBN刀具加工钛合金的研究还处于初级阶段,研究人员比较少,研究内容还不全面,重点是保证切削效率和切削质量的前提下延长刀具寿命;在切削镍基高温合金方面重点是提高切削效率;且PcBN刀具也适于加工钨基合金、铝合金、模具钢等。