硬质合金涂层刀具车削钛合金TA15的磨损研究及切削参数优选

刀具磨损剧烈是钛合金切削中的突出问题,探求刀具磨损的本质对于提高加工质量和效率、降低成本具有重要意义。本文采用Al Ti N涂层硬质合金刀具对钛合金TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)进行车削试验,利用激光共聚焦显微镜观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理及磨损形式进行了分析,并根据刀具磨损状态进行了切削参数优选。研究结果表明:涂层硬质合金刀具切削TA15时,刀具失效形式主要为涂层剥落、崩刃和月牙洼磨损;随着切削速度的增加,后刀面VB值呈现了驼峰状的变化规律,涂层剥落的区域在波谷出现了明显的减小趋势;切削试验结果指出,正前角AlTiN涂层硬质合金刀具可用于钛合金TA15的精车工艺中,在v=100m/min、f=0.05mm/r、a_p=1.5mm切削参数下,刀具表现性能最优,同时硬质合金涂层刀具车削TA15的最大切削速度不宜超过120m/min。     

PCBN刀具车削铸造高温合金的失效机理研究

对PCBN刀具车削铸造高温合金K423A进行了切削试验研究及有限元仿真研究,观察和分析了刀具的磨损/破损形态,并从应力场和温度场分布的角度对刀具的失效机理进行了深入分析。在四种不同的切削条件下,主切削刃的失效形式主要为刀具材料的剥落和粘结磨损;在切削速度60m/min时,PCBN刀具容易发生破损;随着切削速度的增加,副切削刃的磨损/破损带宽度减小。切削速度的提高引起切削温度的增加,使得工件材料的强度降低,同时刀具脆性降低而韧性增加,这是副后刀面破损减少的可能原因之一。采用修正的莫尔理论对有限元仿真结果中刀具复杂的应力状态进行分析,推断了刀具材料破坏的起始位置。     

CVD氮化钛涂层刀具加工天然大理石的磨损特性

通过CVD氮化钛涂层刀具加工天然大理石的试验研究,对刀具的磨损特性以及不同加工参数与磨损面积的相关性进行分析。试验结果表明,CVD氮化钛涂层刀具加工天然大理石时主要磨损特性为切削刃的磨损区出现涂层的剥离、刃口区出现崩刃与机械犁沟等现象;切削深度、主轴转速与刀具磨损面积显著相关,其中主轴转速相关性较大;试验得到的刀具最优的参数组合为:主轴转速12 000 r/min、进给速度1 750 mm/min、切削深度1 mm。     

CVD氮化钛涂层刀具加工天然大理石的磨损研究

通过CVD氮化钛涂层刀具加工天然大理石的试验研究,对刀具的磨损特性以及不同加工参数与磨损面积的相关性进行分析。试验结果表明,CVD氮化钛涂层刀具加工天然大理石时主要磨损特性为切削刃的磨损区出现涂层的剥离、刃口区出现崩刃与机械犁沟等现象;切削深度、主轴转速与刀具磨损面积显著相关,其中主轴转速相关性较大;试验得到的刀具最优的参数组合为：主轴转速12 000 r/min、进给速度1 750 mm/min、切削深度1 mm。     

PCD刀具干式车削Ti6Al4V的正交试验研究

通过正交试验法研究PCD刀具干式车削Ti6Al4V时切削速度、进给量和切削深度对工件表面粗糙度和刀具后刀面磨损的影响。试验结果表明,切削速度为120-160m/min、进给量为0.15mm/r、切削深度为0.15mm时,可以获得理想的工件表面粗糙度和刀具后刀面磨损量。     

PCBN刀具高速切削抗氢钢HR-2的性能研究

采用不同CBN含量和晶粒结构的PCBN刀具,在不同切削速度下进行了HR-2抗氢钢的高速精密切削试验。通过对PCBN刀具前、后刀面的显微形貌特征进行观测,分析了刀具的失效磨损机理,研究了不同CBN含量及不同切削速度对刀具使用寿命的影响。对刀具磨损的测量结果表明,PCBN刀具高速切削HR-2时,CBN含量高的刀具显示出更长的使用寿命,且在130-200m/min区间为最佳切削速度区域。SEM和EDS分析结果表明,高速精密切削HR-2的磨损机理为氧化磨损、扩散磨损、粘结磨损,同时存在磨粒磨损以及引起的微崩刃现象。     

切削速度对轴向车铣TC4钛合金刀具磨损的影响

为研究高速轴向车铣TC4钛合金时硬质合金刀具的磨损特性,选择S30T硬质合金刀片分别在100m/min、150m/min和200m/min三种切削速度下对TC4进行了轴向车铣试验,分析了不同切削速度对刀具使用性能的影响。研究结果表明:高速轴向车铣TC4钛合金外圆时刀具磨损主要发生在刀片的刀尖刃口及后刀面;磨损形式以粘结磨损为主;刀具的磨损速度随着速度的增加而增大;S30T刀片在100m/min的切削速度下具有较好的刀具耐用度,在150m/min、200m/min的切削速度刀具磨损较快,不适于实际切削加工。     

高速车削300M高强度钢涂层刀具失效机理研究

选用不同涂层刀具进行高速切削300M钢试验,利用工具显微镜和电子扫描显微镜(SEM)观察刀具磨损形貌,并利用线扫描进行元素扩散分析,揭示刀具失效机理。研究结果表明:金属陶瓷基涂层刀具高速切削时,切削速度不宜超过240m/min;硬质合金基涂层刀具可在300m/min以上高速切削300M钢,其中CVD-Ti CNAl2O3厚涂层的高速切削性能更高,切屑塑形变形较小;涂层刀具切削300M钢的主要磨损形式是前刀面磨损和后刀面磨损,涂层剥落、崩刃、微裂纹、粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损、扩散磨损是刀具失效的主要原因。     

硬质合金刀具切削Ti6Al4V的磨损机理及特征

为研究硬质合金刀具在不同切削速度下切削钛合金时,刀具材料中的合金成分对刀具磨损机理及特征的影响,采用YG8、YT15和YW2三种牌号的硬质合金刀具进行干切削Ti6Al4V试验。研究切削速度分别为48 m/min、71 m/min、100 m/min时,三种硬质合金刀具的磨损形貌与磨损机理,分析在低、中、高速切削时三种刀具的磨损机理对其磨损速度的影响。结果表明:低速切削时三种刀具均以黏结磨损为主;高速切削时YG8刀具仍以黏结磨损为主,YT15刀具在发生黏结磨损的同时会产生一定程度的扩散磨损和氧化磨损,YW2刀具的磨损中黏结磨损、扩散磨损和氧化磨损占据同样地位;高速切削时选用YW类刀具更为适合。     

低中高速干式硬态车削高硬高强高耐磨淬硬钢的试验研究

通过使用聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride,PCBN)刀具低中高速干式硬态车削高硬高强高耐磨淬硬钢Cr12Mo V(60±1HRC)的车削试验,揭示了切削速度对切削力、切削温度、表面粗糙度、已加工表面三维形貌、刀具崩刃形貌和切屑形态的影响规律。在进给量f=0.15 mm/r,切削深度ap=0.25 mm,切削速度v=50、250、450、650、850 m/min车削条件下的试验结果表明:径向力最大,主切削力次之,进给力最小;切削区最高温度在142~288℃范围内变化;切削速度v=250、650 m/min时的径向力发生突变;表面粗糙度随切削速度的增大而线性递减,v=850 m/min时已加工表面质量最好;v=250、650 m/min车削时,PCBN刀具最易发生崩刃现象;在切削速度增大的过程中,切屑宏观形态依次为:带状、松散螺旋状、粒状、细丝状、带状。     

TiAlN涂层硬质合金刀具铣削4J32低膨胀合金的磨损机理分析

采用国产TiAlN涂层硬质合金刀具,分别以切削速度50. 868m/min和99. 852m/min对4J32低膨胀合金进行单向顺铣侧铣切削。当材料表面粗糙度接近或达到1. 6μm时停止切削,利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪观察硬质合金刀具的典型微观形貌,并分析其磨损机理。研究结果表明:TiAlN涂层硬质合金前刀面积屑瘤粘结严重,且伴有局部崩刃现象;当切削速度增大时,积屑瘤表面轮廓粗糙度加剧,局部会出现"花瓣状"和"云层状"切屑粘结物;刀具前刀面的磨损机理主要为扩散磨损、粘结磨损和氧化磨损,并伴有崩刃的破损机理;后刀面发生微量氧化磨损。     

PCBN刀具断续切削高强度钢的实验研究

通过整体PCBN刀具硬态切削淬硬钢58SiMn实验,研究了切削速度和进给量对切削力及表面粗糙度的影响.实验结果表明:切削力和表面粗糙度值都随进给量增加而增大;在较低切削速度时切削力随切削速度提高而减小,当切削速度达到一定程度时出现拐点,继续提高切削速度切削力逐渐增大.在实验条件下,切削速度低于569 m/min时刀片以磨损为主;当速度为768 m/min时,以崩刃为主.     

涂层硬质合金刀具车削50钢的切削力与刀具磨损机理研究

涂层工艺可以提高硬质合金刀具的切削性能。以发动机主轴、锻造齿轮和轧辊等机械零件上广泛应用的50正火钢作为研究对象,采用多层涂层硬质合金刀具进行车削加工试验,研究切削参数对切削力的影响规律以及高速干车削条件下刀具的磨损机理。研究结果表明：切削速度v<250m/min时,三向切削力随着切削速度的增大而减小,随着切削深度的增大而增大,随着进给量的增大先减小后增大。涂层硬质合金刀具的主要磨损形态有硬质点磨损和黏结磨损,其中硬质点磨损贯穿刀具磨损全过程;刀具在不同磨损阶段有不同程度的扩散磨损和氧化磨损。涂层硬质合金刀具破损时出现崩刃、涂层剥落、裂纹破损和积屑瘤等现象。     

钛合金TC11车削中已加工表面质量试验研究

为了研究车削钛合金TC11时切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响,选用涂层硬质合金刀片CNMG120408在不同切削条件下进行车削试验,分析后刀面磨损量随切削时间的变化规律;对比磨损刀具与新刀具切削的工件表面,观察表面粗糙度、表面形貌、显微硬度以及表层微观组织情况,分析切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响规律。试验结果表明:在刀具磨损初期,即新刀具切削时,切削速度从60m/min增加到100m/min,刀具磨损程度增大,表面粗糙度值降低,硬化层深度减小,加工硬化程度略微增大,表面塑性变形层深度减小;在刀具磨损终期,不同切削速度下的表面粗糙度增大,表面形貌变差,硬化层深度和加工硬化程度增加,表面变形程度增大,塑性变形层深度增加。     

铣削等温淬火球墨铸铁的切削力及刀具磨损研究

对PCBN刀具在干切削状态下铣削ADI的切削力和刀具磨损进行了试验研究。分析了切削速度分别为40、80、120、160、200 m/min条件下的切削力和不同行程下刀具后刀面磨损量的变化规律。结果表明PCBN切削ADI材料的最佳切削速度在80 m/min~160 m/min之间。     

硬质合金刀具切削TZM钼合金的磨损机理研究

为有效解决钼钛锆合金(又称TZM钼合金)高效高质量加工问题,采用YG8、YT30和赛隆三种刀具进行干切削试验,并对优选刀具进行刀具磨损和失效机理研究。试验结果表明：在相同试验条件下,YG8比其它两种刀具寿命更高;YG8在切削过程中,切削速度v≤150m/min,进给量f≤0.1mm/r,背吃刀量a_p在0.5～0.8mm范围内;YG8刀具的磨损机理主要是黏结磨损、扩散磨损和氧化磨损,且前刀面的氧化磨损和扩散磨损比后刀面严重,失效形式主要是后刀面的正常磨损。     

PCD刀具高速车削和铣削钛基复合材料的切削温度研究

使用聚晶金刚石刀具,在切削速度为15-150m/min范围内对体分比为0-10%的颗粒增强及颗粒/晶须混合增强钛基复合材料进行车削和铣削试验。分别采用自然热电偶和半自然夹丝热电偶法对车削和铣削时的切削热电势进行了测量,并用比较法快速标定系统对热电势进行了标定。结果表明:PCD刀具切削钛基复合材料时,切削温度随切削速度的增加而显著增加,切削速度从15m/min增大到150m/min时,切削温度从260℃增加到590℃。研究发现,刀具磨损对切削温度存在显著影响,磨损刀具(VB=0.1mm)比新刀的切削温度普遍高60-90℃。切削体分比为5%钛基复合材料时的温度高于其基体材料(钛合金TC4)的切削温度,但随增强相含量的进一步增大,切削温度反而略有降低(降低5%)。由于PCD刀具在较高速度下切削钛基复合材料时切削温度接近或超过PCD刀具在空气中的使用温度,切削过程中刀具会发生明显的化学磨损,从而在前刀面形成显著的月牙洼磨损形态。     

0Cr15Ni7M02Al不锈钢铣削加工刀具磨损研究

对0Cr15Ni7M02Al不锈钢在铣削加工中切削速度与刀具耐用度和切削路程长度的关系及刀具磨损情况进行了研究.用小型工具显微镜观测了刀具磨损形态,并对刀具磨损机理进行分析.结果表明:铣削0Cr15Ni7M02Al不锈钢时,不宜采用较低切削速度和较高切削速度,最佳切削速度在38m/min左右,而崩刃和粘结磨损是铣削0Cr15Ni7M02Al不锈钢时刀具磨损的主要形态.     

刀具磨损与切削用量关联度应用与试验研究

通过对 POLMAX 材质试件在不同切削条件下的加工试验,重点分析了涂层刀具的磨损形式,总结出了切削用量影响刀具磨损的规律。研究结果表明：YG 类涂层硬质合金刀具加工淬硬 POLMAX 不锈钢时,低速阶段主要表现为粘结磨损,高速阶段主要表现为氧化磨损与扩散磨损;切削用量中切削速度对刀具磨损影响最大,当切削速度较低时(小于50 m/ min)刀具磨损量几乎保持在同样的水平,而当切削速度达到120 m/ min 以上时,刀具磨损量急剧上升。     

Al2O3基陶瓷刀具车削300M超高强度钢的刀具寿命研究

采用对角正交回归试验法,求得Al2O3基陶瓷刀具切削300M超高强度钢的刀具寿命经验公式,并分析了切削用量对刀具寿命的影响.通过扫描电子显微镜的观察和能谱分析仪的分析,对Al2O3基陶瓷刀具的损坏形态和磨损机理进行了研究.研究表明:Al2O3基陶瓷刀具车削300M超高强度钢时,粘结磨损和磨粒磨损是主要的磨损机理;合理的切削参数为:切削速度200～300 m/min、切削深度0.1～0.15 mm、进给量0.05～0.1 mm/r.