高压冷却下PCBN刀具切削高温合金切屑卷曲折断机理及试验研究

高温合金广泛应用于航空航天领域,是一种典型的难加工材料,切削过程中切屑缠绕工件及刀具、不易折断,从而降低刀具寿命和已加工表面质量。PCBN是超硬刀具材料,加工高温合金等高温高强度钢性能优异,但由于刀具材料特性通常采用平前刀面,因此切削过程中断屑比较困难。高压冷却是金属高效切削加工中一种新型加工技术,可以有效改善断屑性能、提升断屑能力、提高刀具寿命和加工表面质量。目前对高压冷却断屑机理研究较少,且高压冷却切削仿真不易实现,为充分研究高压冷却下高温合金切削加工中的切屑折断机理,通过建立切屑卷曲半径预测模型和断屑模型,进行高压冷却下切屑折断机理研究,主要通过在高压冷却下,对PCBN刀具切削镍基高温合金进行试验研究,研究不同冷却液压力下切屑卷曲半径变化规律,对理论分析结果进行验证。研究结果表明:在高压冷却加工中由于高压冷却液的存在,切屑受到附加冷却液压力影响,使弯矩发生变化,造成切屑卷曲半径减小,最终导致切屑应变增大、切屑易于折断;且由于卷曲半径的改变使极限进给量和极限背吃刀量降低,使高压冷却加工改善断屑性能的效果非常明显。上述研究成果为实现高温合金高压冷却条件下的切削加工奠定了理论基础。     

高效FLOJET冷却系统在自动车削加工中的应用

高压冷却液喷流切削加工能冲断任何切屑。本文介绍的FLOJCT高效低温冷却断屑系统是高压冷却液喷流技术中的一种最新断屑技术,采用这种技术能有效地控制切屑,提高刀具寿命和切削性能,解决了难断屑韧性材料在自动车削加工中的断屑问题。与浇注冷却方式和传统冷却方式相比较,FLOJET冷却系统的断屑效果更佳。     

内冷式高压冷却车刀切削性能的研究

研究中对关于切削温度和切屑折断方面新型内冷式高压冷却车刀的切削性能进行了仿真和实验分析。研究结果表明,在切削过程中喷射的高压冷却液可以最大限度地带走刀-屑-工件系统中的热量,使冷却更高效,还可以通过改变润滑摩擦条件和剪切角度(剪切性能)来改善切削状况,迫使切屑卷曲折断并强烈控制切屑的形成。最终在高压射流的热效应和机械效应的综合作用下,改善切削温度的同时得到较小弯曲半径的碎屑,从而增强了切削过程中的工艺稳定性和加工安全性。     

高压射流对42CrMo钢车削断屑性能的实验研究

为了探究高压射流压力在车削42CrMo钢时对断屑性能和切屑形态的影响,采用了四组压力进行车削实验(20bar, 40bar, 60bar, 80bar),对切屑的宏观长度、刀—屑接触长度、切屑表面形貌和切削力进行观测。相较于切削液溢流冷却,四组压力下的高压射流冷却均得到宏观长度更短、卷曲半径更小、内表面质量更优的螺旋状切屑;随着射流压力的提高,切屑尺寸和切屑卷曲半径均呈现减小的趋势;射流压力为40bar时切削力最小,同时获得了质量最好的切屑内表面。     

TC4钛合金在低温CO2冷却下的切削性能

TC4钛合金在高速车削时易出现刀具磨损快和缠屑等问题,难以保证表面加工质量。利用自行组建的强压液态CO2供给系统,将低温CO2混合物高速射流作为冷却润滑介质,研究了低温CO2射流下高速切削TC4钛合金时的切削温度、切削力、刀具磨损、表面粗糙度以及切屑的断屑情况,并将其与干切削状况进行了对比分析。结果表明,低温CO2射流可有效降低切削温度,减小切削力,减轻切屑缠绕,抑制刀具磨损并提高已加工表面质量。     

冷却温度对难加工合金切屑形貌影响机理研究

针对FV520B沉淀硬化不锈钢和TC4钛合金两种典型的难加工合金,利用自行研制的液氮射流冷却装置对不同切削速度和不同射流温度下两种材料的切屑微观形貌进行了试验分析。研究表明,在液氮射流冷却作用下,两种材料在切削时依然会产生绝热剪切现象,且随着切削速度的提高和射流温度的降低,切屑锯齿化程度、锯齿节距显著提高,绝热剪切带宽度、剪切带倾角略有降低,低温断屑情况相比常温得到明显改善。     

高压冷却下锯齿形切屑几何表征试验

理论分析了锯齿化程度、锯齿化频率与锯齿化步距等几何表征模型;在高压冷却条件下进行了聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削GH4169镍基高温合金试验,并对不同切削用量与冷却液压力下的切屑进行试样制备及抛磨,以分析锯齿形切屑的形貌及表征;分析了不同切削参数下锯齿形切屑几何表征的变化规律。试验结果表明：随着切削速度、进给量和背吃刀量的增大,切屑的锯齿化程度和锯齿化步距增大,而锯齿化频率减小;随着冷却液压力的增大,切屑的锯齿化程度降低,锯齿化频率增大,锯齿化步距先增大后减小;在高压冷却条件下切屑的断屑能力得到了提高,且随着冷却液压力的增大,断屑效果进一步提高。     

基于计算机数值模拟的刀具断屑槽磨损研究

采用ABAQUS有限元分析软件进行切削分析试验,研究刀具断屑槽磨损对切屑成型的影响。模拟了两种槽型的带断屑槽刀具在相同磨损参数和切削条件下的切削应力,并比较了不同槽型在相同磨损程度下对切屑成型的影响。试验结果表明:断屑槽磨损会增大刀—屑接触长度和切屑的卷曲半径,并且会引起切削应力的波动;梯形断屑槽刀具相比于弧形断屑槽刀具更适合加工。     

振动断屑车削装置及试验

在金属切削加工(高速切削或难加工材料的切削)中,如果不采取适当的断屑措施,将形成带状切屑,使加工不能正常进行。若切屑断得太碎,就会引起切屑飞溅,刀具振动,危害工人安全,损伤刀具,破坏已加工工件表面光洁度。在自动线上,断屑问题若解决不好,将会使整个生产过程中断。     

难切削材料数控加工自动断屑方法

不锈钢、钛合金等难切削材料的断屑问题直接影响加工质量和生产效率。在充分认识切屑形成过程的基础上,对数控加工自动断屑方法进行了归纳,在比较自动断屑方案的基础上,利用高压冷却系统断屑法对某镍基合金的数控车削实现了较好的断屑效果。