GH4169镍基高温合金车削加工刀具失效机理研究

以镍基高温合金GH4169为试验材料,用超细硬质合金涂层刀具进行车削加工,研究刀具在车削GH4169材料时的失效机理。通过扫描电子显微镜(SEM)和元素能谱检测(EDS)分别对失效刀具的刃口区域、前刀面区域、后刀面区域和沟槽磨区域的磨损进行失效形貌检测和合金元素成分的分析测试。结果表明:超细硬质合金涂层刀具车削加工镍基合金GH4169时,刀具的失效机理在不同位置有所不同,刃口以氧化磨损失效和粘结磨损失效为主,前刀面和后刀面以磨粒磨损失效为主,沟槽以及沟槽外以崩缺失效为主。     

硬质合金刀具高速车铣和铣削TC4钛合金磨损试验对比

采用H13A未涂层硬质合金刀具对TC4钛合金进行高速正交车铣和铣削试验,并从刀具磨损破损形态、磨损机理及其寿命等方面进行对比分析。研究表明:高速正交车铣和铣削钛合金时,前、后刀面主要以粘结磨损为主,车铣加工时在切削刃口易形成积屑瘤及连续切屑,但对刀具材料粘结较轻;高速铣削时,对刀具材料粘接较重,在前刀面刃口附近形成凹坑及崩刃;后刀面最大磨损的位置不相同。试验对比了相同切削条件时刀具使用寿命,结果表明采用正交车铣加工可以获得更长的刀具使用寿命。     

高速铣削AISI 4340合金结构钢时涂层刀具磨损机理研究

针对AISI 4340合金结构钢难加工的特点,选用PVD硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,选用扫描电子显微镜(SEM)观察失效刀具表面的磨损形貌特征,选用能谱分析仪(EDS)分析磨损刀具表面的元素分布及含量,揭示刀具的磨损机理。研究结果表明:刀具寿命与切削参数选取有关,随着切削速度的增加,刀具磨损加快,刀具寿命降低。硬质合金涂层刀具的主要磨损形式是前刀面磨损和后刀面磨损,前刀面磨损机理主要是粘结磨损、涂层剥落、切削刃微崩刃;后刀面磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、微裂纹。     

高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具磨损试验研究

针对切削加工Ti-10V-2Fe-3Al钛合金时刀具磨损迅速、加工效率低的问题,开展硬质合金刀具高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具寿命试验,以研究刀具的磨损机理,分析刀面磨损的发展以及对切削力的影响。利用扫描电子显微镜观察了后刀面磨损区域的微观形貌并对元素成分进行了能谱分析。实验结果表明：高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al时硬质合金刀具的磨损形式为后刀面带状磨损与局部崩刃,伴有明显的切屑黏附与热裂纹;磨损区域有工件材料的元素向硬质合金内扩散的迹象出现;切屑流的黏附与撕扯导致硬质合金的颗粒脱落,切削刃逐步退化为洼形区域,其与后刀面交界的棱边代替原切削刃进行切削直至剥落。     

冷却方式对H13A硬质合金切削性能试验分析

在MAZARK车铣加工中心和高速铣床上选用切削速度150m/min和200m/min进行顺铣干/湿切削加工,采用H13A硬质合金刀具对TC4钛合金进行高速车铣和高速铣削加工试验。分别对比分析两种加工方式下冷却方式不同时的刀具磨损形态,结果表明:干切削时,无论正交车铣或高速铣削,刀具都是以粘结磨损为主;正交车铣干切削时,刀具表面有较多的切屑粘结物,易形成积屑瘤;切削液条件下,刀面粘结物相对减少,切屑粘走刀具材料,形成较多的粘结凹坑;铣削干切削时,粘结到刀面的切屑较正交车铣少,但切屑粘走刀具材料更为严重,前刀面出现较深的月牙洼,采用切削液时前刀面出现层状剥落。试验表明,当金属切除率一定时,正交车铣干切削金属切出总量最大,刀具寿命最长,湿切削加工时刀具寿命较短,切削液对刀具磨损形态和刀具寿命影响较大,可能与热交变应力和Co元素流失有关。试验结果表明,H13A刀具正交车铣钛合金干切削时切削性能较好。     

不同材料和刀尖圆弧半径刀具加工TC4钛合金的表面质量及刀具磨损行为

采用聚晶立方氮化硼(PCBN)、TiAlN涂层硬质合金(2种刀尖圆弧半径)和Al_2O_3+TiC涂层硬质合金等3种刀具车削TC4钛合金工件,测试了刀具后刀面磨损宽度和工件表面粗糙度,观察了刀具的磨损形貌并分析了磨损机制;同时,研究了刀尖圆弧半径对工件表面粗糙度和切屑形貌的影响。结果表明:TiAlN涂层硬质合金刀具具有比其他2种刀具更长的使用寿命,且加工后工件的表面粗糙度最小、表面质量最好,其磨损形式主要为磨粒磨损和黏结磨损;PCBN刀具的失效形式主要为前刀面和后刀面崩塌,而Al_2O_3+TiC涂层硬质合金刀具的磨损形式主要为扩散磨损;刀尖圆弧半径的增大有利于提高TiAlN涂层硬质合金刀具的断屑能力以及加工工件的表面质量。     

CN35硬质合金涂层刀具高速车削淬硬钢的磨损与破损形态

借助于扫描电镜照片和能谱分析,对高速车削淬硬45钢时CN35硬质合金涂层刀具的失效形态及其机理进行了观察和分析。结果显示,在高速切削条件下,涂层刀具的失效形态主要分为破损与磨损两种,刀具正常磨损失效过程仍然遵循常规切削条件下三个阶段的程序。刀具破损失效发生在低速切削阶段,且随着切削速度的提高,破损部位由后刀面转移到前刀面;高速切削时,刀具失效形式倾向于后刀面磨损、边界磨损和切削刃斜面磨损,因高热、粘结、疲劳、氧化、扩散和热裂等原因造成刀具切削功能丧失。     

[刀具及切削工艺]高速铣削中TaC（NbC）对硬质合金刀具磨损性能的影响

针对航空航天钛合金加工时硬质合金刀具磨损过快的难题,制备了主元素一致、微量合金碳化物TaC（NbC）含量不同的两种WC-Co基硬质合金材料。采用高温维氏硬度计检测两种材料的高温硬度和高温断裂韧性,并制备相同几何参数的立铣刀对钛合金TC4进行铣削加工试验。试验结果表明：在硬质合金中添加微量合金碳化物TaC（NbC）,可以同时提高材料的高温硬度和高温断裂韧性,在相同的切削条件下,添加微量合金碳化物TaC（NbC）的硬质合金立铣刀比未添加微量合金碳化物的立铣刀耐磨性更好,刃口断裂裂纹更少,刀具使用寿命更长,更适合航空航天钛合金材料的高速铣削加工。     

高速铣削中TaC(NbC)对硬质合金刀具磨损性能的影响

针对航空航天钛合金加工时硬质合金刀具磨损过快的难题,制备了主元素一致、微量合金碳化物TaC(NbC)含量不同的两种WC-Co基硬质合金材料。采用高温维氏硬度计检测两种材料的高温硬度和高温断裂韧性,并制备相同几何参数的立铣刀对钛合金TC4进行铣削加工试验。试验结果表明:在硬质合金中添加微量合金碳化物TaC(NbC),可以同时提高材料的高温硬度和高温断裂韧性,在相同的切削条件下,添加微量合金碳化物TaC(NbC)的硬质合金立铣刀比未添加微量合金碳化物的立铣刀耐磨性更好,刃口断裂裂纹更少,刀具使用寿命更长,更适合航空航天钛合金材料的高速铣削加工。     

低温微量润滑高速铣削PH13—8Mo刀具磨损试验研究

针对高强度不锈钢材料加工性能差、刀具耐用度低的问题,进行了硬质合金刀具在低温微量润滑条件下高速铣削高强度不锈钢PH13—8Mo的刀具磨损试验,结果表明：WSP45刀片比WXM35适合加工PH13—8Mo,低温微量润滑（cMQL）能有效地抑制刀具磨损,提高刀具耐用度;两种刀具在铣削过程中前、后刀面同时发生磨损,最终因刃口严重崩刃而失效。