TiAlN涂层硬质合金刀具大进给铣削高温合金的加工性能评价

大进给铣削是一种高效加工方法,在提高难加工材料的加工效率方面具有显著优势。采用可转位的Ti Al N涂层硬质合金刀具对GH4169进行了大进给铣削试验,研究了切削速度、每齿进给量以及刀具磨损对切削力的影响规律,并通过对后刀面磨损区域微观形貌和能谱分析,研究了刀具磨损机理。结果表明:每齿进给量对切削力的影响最显著,刀具磨损对轴向切削分力的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,轴向切削分力由854 N增大至1 863 N;切削速度对刀具寿命的影响最显著,切削速度增大至110 m/min时,刀具寿命仅有2 min;通过刀具后刀面磨损区域的能谱分析,在切削刃附近发现大量Ni、Fe、Cr等GH4169材料元素,刀具的主要磨损形式为黏结磨损和由热裂纹引起的材料剥落及崩刃。     

不同材料刀具铣削碳纤维增强复合材料磨损机理

碳纤维增强复合材料(CFRP)切削过程中,刀具磨损问题尤为突出。为了研究不同刀具的磨损问题,采用金属陶瓷(NX2525)、涂层(VP15TF)、硬质合金(HTi10)与PCD刀具进行CFRP铣削试验,对不同刀具材料的铣削力、后刀面磨损及磨损机理进行了分析。结果表明:NX2525刀具的铣削力最大,PCD刀具的铣削力最小,当切削次数大于20次(切削距离2. 4 m)时,VP15TF刀具的铣削力逐渐大于HTi10刀具,但是相差不大;硬度较高的NX2525与VP15TF刀具并没有表现出好的耐磨性,刀具寿命反而低于HTi10刀具,PCD刀具磨损较小,刀具寿命较长;NX2525刀具的磨损机理以磨粒磨损、剥落为主,还有少量的切屑粘附; VP15TF刀具主要发生了磨粒磨损、涂层脱落与切屑粘附,并且磨粒磨损是造成涂层脱落的主要原因; HTi10刀具以磨粒磨损与切屑粘附为主; PCD刀具的微崩刃比较明显,严重时会造成大范围剥落。     

不同材料刀具铣削CFRP磨损机理

碳纤维增强复合材料(CFRP)切削过程中,刀具磨损问题尤为突出。为了研究不同刀具的磨损问题,采用金属陶瓷(NX2525)、涂层(VP15TF)、硬质合金(HTi10)与PCD刀具进行CFRP铣削试验,对不同刀具材料的铣削力、后刀面磨损及磨损机理进行了分析。结果表明:NX2525刀具的铣削力最大,PCD刀具的铣削力最小,当切削次数大于20次(切削距离2.4m)时,VP15TF刀具的铣削力逐渐大于HTi10刀具,但是相差不大;硬度较高的NX2525与VP15TF刀具并没有表现出好的耐磨性,刀具寿命反而低于HTi10刀具,PCD刀具磨损较小,刀具寿命较长;NX2525刀具的磨损机理以磨粒磨损、剥落为主,还有少量的切屑粘附;VP15TF刀具主要发生了磨粒磨损、涂层脱落与切屑粘附,并且磨粒磨损是造成涂层脱落的主要原因;HTi10刀具以磨粒磨损与切屑粘附为主;PCD刀具的微崩刃比较明显,严重时会造成大范围剥落。     

镍基粉末高温合金的铣削加工

为了研究镍基粉末高温合金的切削加工性,用整体硬质合金TiC涂层和未涂层立铣刀对镍基粉末高温合金FGH95进行铣削试验.通过研究铣削力、铣削温度与铣削用量之间的关系,分析硬质合金刀具的磨损、破损机理,观察其切屑形态,得出了镍基粉末高温合金FGH95的铣削力和铣削温度经验公式.试验表明：硬质合金涂层刀具加工镍基粉末高温合金FGH95的性能要明显优于未涂层刀具,未涂层刀具的崩刃现象严重,涂层刀具最佳铣削速度为40m/min,铣削速度对铣削温度的影响最大,并且随着铣削速度的提高形成了锯齿状切屑.     

纤维切削角对CFRP加工缺陷的影响规律

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)在加工中出现毛刺、崩边等缺陷,提出基于纤维切削角的碳纤维每齿切削长度计算方法,分析毛刺缺陷的形成机制和发展规律.计算结果和验证试验表明:纤维切削角决定碳纤维每齿切削长度和受到作用的切削刃总数,随着纤维切削角增大,碳纤维每齿切削长度增大,而受到切削刃的作用频率降低.产生毛刺的主要原因是碳纤维实际弯曲半径大于理论最小弯曲半径,碳纤维仅仅发生弯曲并没有断裂.当纤维切削角在0°~90°时,缺陷形式为崩边;当纤维切削角在90°~180°时,出现毛刺缺陷,且毛刺长度随纤维切削角的增大而不断增大.     

铣削508Ⅲ钢不同涂层对刀具切削性能影响

核电水室封头部件属于难加工零件,材料为508Ⅲ高强度钢。针对铣削加工过程中刀具切削性能差、寿命短与加工效率低等问题,首先对涂层硬质合金刀具进行切削仿真,从切削温度和应力方面,分析涂层对刀具切削性能影响;然后进行铣削508Ⅲ钢涂层刀具磨损实验,通过刀具磨损观测及前刀面形貌分析,探究涂层对刀具磨损与刀具寿命的影响;最后进行涂层性能对比实验,讨论不同类型涂层、涂层厚度和不同涂层热扩散率对硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢切削过程影响。研究结果为铣削水室封头硬质合金刀具开发及核电零件高效加工等提供技术支持。     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

涂层刀具高速铣削高温合金GH2132磨损形态及磨损机理

用2种硬质合金涂层刀具进行铁基高温合金GH2132的高速干铣削试验,采用电子扫描显微镜(scanning electron microscopy,SEM)观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:刀具的磨损形态主要是后刀面磨损;KC725M涂层由TiN、TiAlN组成,涂层易剥落;KC525M涂层只有1层TiAlN,涂层不易脱落,但由于机械冲击产生沟槽磨损,形成应力集中,导致在切削刃处产生较大的磨损;不论KC525M还是KC725M,涂层剥落后,切削区产生的瞬时高温均使基体中粘结相发生软化,造成硬质相颗粒脱落和基体的剧烈磨损.研究结果可用于指导高速切削刀具材料的设计、合理选用及刀具磨损控制.     

碳纤维复合材料切削加工技术研究进展

碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced composite,CFRP)具有独特的轻质、高强、高硬、耐高温等特性,广泛应用于航空航天领域.然而,随着CFRP由次承力结构件转为主承力结构件,其切削加工问题日益凸显.文中阐述了CFRP切屑形成机制、切削力、切削热、刀具磨损和加工缺陷研究现状,总结了钻削、铣削时的加工参数和刀具参数对切削力、切削热和刀具磨损的影响.剖析了CFRP加工过程中分层、撕裂和毛刺缺陷产生的原因和影响因素,介绍了刀具材料和结构的研究进展.并综述了螺旋铣孔、超声振动辅助加工、以磨代钻制孔等CFRP加工的新工艺特点及应用,同时指出了CFRP切削加工有待进一步解决的问题.     

干式铣削300 M超高强度钢刀具磨损试验研究

针对300 M超高强度钢在加工过程中因刀具磨损造成的刀具快速失效问题,采用硬质合金涂层刀具进行了300 M钢干式铣削试验研究;通过极差分析法研究了铣削参数对刀具磨损的影响规律;以铣削速度为单一变量进行单因素试验,对刀具的磨损形式进行了分析,最后通过能谱分析揭示了刀具的磨损机理。试验结果表明:铣削速度对刀具磨损的影响最大,进给速度次之,铣削宽度最小。铣削速度越高,刀具磨损、崩刃现象越严重。刀具在磨损过程中依次经过涂层脱落,硬质合金基体材料磨损和崩刃3个阶段。刀具前刀面的月牙洼磨损随铣削速度和铣削长度的增加而增大。刀具的磨损机理为磨粒磨损、粘结磨损和氧化磨损。     

基于最小表面磨损率的铁基高温合金车削加工研究

根据最小表面磨损率理论,使用涂层硬质合金刀具对铁基高温合金GH2132进行了干式车削试验。采用单因素法优选切削参数,建立了最小表面磨损率条件下切削力、切削温度及表面粗糙度与切削用量之间的关系,借助电子扫描显微镜(SEM)对试验中产生的加工现象和刀具磨损机理进行了阐述。试验结果表明:刀具在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,切削速度v=90 m/min条件下切削时,刀具磨损强度最低,消耗最少,切削路程最长,加工精度最高;刀具的磨损机理前期以涂层剥落为主,后期主要表现为疲劳引起的切削刃崩刃。     

碳纤维复合材料周铣加工过程的数值模拟研究

为了对碳纤维铣削过程进行研究,建立了碳纤维复合材料三维周铣加工的有限元计算模型,并研究了切削层简化及材料去除等建模关键技术。通过将周铣力施加到碳纤维复合材料的有限元计算模型,研究了铣削力对碳纤维复合材料的周铣加工过程。通过数值模拟获得了碳纤维复合材料铣削过程中的应力分布情况,数值模拟为碳纤维复合材料切削参数及刀具参数优化研究提供了参考。     

超声振动铣削碳纤维复合材料铣削力的试验研究

采用多因素正交试验法对碳纤维复合材料进行超声铣削和普通铣削的加工试验,研究了在不同切削参数下该材料铣削力的变化规律,使用Kistler测力仪对本试验进行测量,得到了铣削速度、每齿进给量、切削深度对铣削力的影响规律.研究结果表明:随着铣削速度、每齿进给量、铣削深度的增加,两种铣削方式下的铣削力都随之增加,但超声铣削产生的铣削力低于普通铣削产生的铣削力.     

金属的切削毛刺控制技术的研究

以金属切削运动和刀具切削刃为基准阐述了毛刺分类体系的优势,指出了影响毛刺尺寸、形状及其变化规律的主要因素.进而提出了附件加工法、改进刀具结构法、切削参数调整法和切削方式选择法等抑制或减小毛刺的若干方法.     

超声辅助金刚石飞切氧化锆切削力特性及刀具磨损的研究

针对陶瓷硬脆材料难加工特性,结合金刚石飞切与超声辅助加工的优点,提出超声辅助金刚石飞切这一新加工工艺,并将其应用于氧化锆陶瓷超精密切削,取得了较好加工效果。在分析了超声辅助金刚石飞切加工的特点基础上,建立其切削模型及切削力模型,搭建了超声辅助金刚石飞切实验平台,进行了氧化锆超声辅助金刚石飞切切削力试验及刀具磨损试验。通过实验对比,探讨超声辅助加工技术对切削力和刀具磨损的影响,分析金刚石飞切加工过程中切削参数(主轴转速、进给量速度、切削深度)对切削力的影响。结果表明,超声辅助金刚石飞切可明显降低切削力,并有效抑制刀具磨损进程。     

球头铣刀高速铣削铝合金表面粗糙度研究

球头立铣刀铣削曲面时，刀具轴线与工件曲面法线之间的夹角对工件表面质量及刀具寿命有着重要影响，通过对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的倾角研究，提出了调整刀具和工件之间的加工倾角，有效改善切削条件的策略；通过高速铣削铝合金表面粗糙度的实验研究，获得了进给量、切削速度以及进给方向对高速铣削铝合金表面粗糙度的影响规律，对高速铣削参数以及刀具切削路径的优选具有一定的指导意义．     

基于DEFORM-3D的立铣刀切削模具钢有限元分析

基于经典金属切削原理,通过PRO-E建立整体硬质合金立铣刀和被加工工件(模具钢)的三维模型,采用DEFORM-3D有限元分析软件对立铣刀加工模具钢进行切削过程仿真。分析不同的切削参数对铣削过程的影响规律,得出在不同的铣削深度、进给量和铣削速度条件下的立铣刀实际的铣削分力、最大等效应力及其温度变化规律,得出了温度及其最大等效应力的分布,为刀具切削性能分析和切削参数的优选提供了理论依据。     

硬质合金立铣刀涂层材料与切削性能实验

讨论了难加工材料的切削加工问题及硬质合金立铣刀的材料与涂层技术,针对淬硬钢的铣削加工,通过切削实验,比较了硬质合金立铣刀不同涂层材料的切削性能,探索了适合高硬度金属材料高速切削的加工方法。     

汽车刹车片加工专用涂层刀具性能试验研究

汽车刹车片材料属于耐磨材料,用普通硬质合金刀具加工汽车刹车片时,由于刀具容易磨损,需频繁换刀,致使生产效率低、生产成本大大增加。金刚石涂层刀具具有良好的切削加工性。为了优化汽车刹车片的制备刀具,采用CVD金刚石涂层刀具和硬质合金刀具对汽车刹车片进行钻削试验,对比分析了2种刀具的轴向力、扭矩与转速和进给量的关系及刀具的磨损情况。