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。     

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。     

硬质合金刀片断屑槽槽型对其切削性能的影响

采用具有多种断屑槽槽型的同种基体材质的刀片进行车削实验,应用高速摄影机捕捉切削区域切屑产生、流出、卷曲和折断过程。通过磨损测量仪观测断屑槽,并结合切屑形态分析,明确断屑槽合理几何形状;通过三维受力分析仪采集切削过程中的振动和切削力信号,揭示断屑槽对切削力的影响规律;综合切削参数、断屑槽几何结构和切削力三方面的因素,最终确立断屑槽槽型与进给量对切屑折断的作用机制。研究数据以期为断屑槽设计与车削刀具的应用提供数据支撑。     

断屑槽槽型在控屑过程中对刀具振动的影响

通过ABAQUS有限元软件分别对梯形、直线圆弧型和梯形双槽结构断屑槽刀具切削Ti6Al4V钛合金材料进行三维切削仿真,并分析其切削力的波动,得到断屑槽槽型在控制切屑卷曲过程中对刀具在主运动方向、进给方向和切削深度方向振动的影响。经过仿真发现,梯形、直线圆弧型和梯形双槽结构断屑槽在控制切屑卷曲的过程中对刀具振动的影响各不相同。三种槽型结构中,梯形断屑槽刀具的振动最弱,直线圆弧型断屑槽刀具的振动最强。     

基于量热法与温度补偿技术的镍基合金切削热分配试验研究

设计量热法试验,测量了高速铣削镍基合金时切屑带走的热量,并对热量损失进行了补偿。通过测量切削力,得到主切削力的功率,并计算了不同切削速度下切屑与切削力的功率比。试验表明:随着切削速度的增加,切屑与切削力的热功率比也增加,切屑带走的热量增多;镍基高温合金切削时的切削热分配与碳钢切削时的切削热分配相比,其切屑带走的热量比例要小得多,相应地传入刀具的热量比例会比较高,这就会使得镍基高温合金在切削加工时会产生比较高的切削温度,刀具磨损也要严重的多。     

车削Inconel 718时涂层硬质合金刀具自组织过程

根据不可逆热力学的非平衡态下结构稳定与失效原理,当系统熵产生数达到一定值时,系统将会出现"行为临界点"。越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支,形成稳定的有序的自组织结构。采用硬质合金刀具对镍基合金Inconel 718进行了车削试验,分析了不同切削条件下形成积屑瘤、切屑流动带、氧化层和粘结层的磨损机理。通过热力学刀具磨损自组织原理,对金属切削工程中刀具的摩擦、磨损进行研究。研究结果表明高速切削镍基高温合金Inconel 718的过程中,积屑瘤、切屑流动带、氧化层和粘结层是刀具形成新的有序的自组织结构的体现。试验和理论分析证实,高速切削镍基高温合金Inconel 718过程中刀具的磨损过程就是非平衡态热力学结构稳定与失效的演变过程。     

PCBN刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

高温合金被广泛的应用于航空航天工业中,它是一种典型的难加工材料,切削过程刀具磨损严重。PCBN刀具作为一种超硬刀具材料在加工高温合金方面具有较大潜能,但由于PCBN刀具没有断屑槽,故断屑困难。因此研究切削参数以及刀具磨损对切屑形成的影响规律对推进PCBN刀具的应用具有重要的意义。通过试验研究切削参数和刀具磨损对切削力、切屑宏观状态和切屑微观参数(切屑剪切角、切屑厚度、齿高和齿间角)的影响规律。试验结果表明:当切削速度为97 m/min,切削深度为0.1 mm,进给量为0.14 mm/r时,切屑的宏观状态最佳。并根据试验结果,确定了绝热剪切带的位置和两个切屑锯齿形成的关系,进而建立了PCBN刀具切削高温合金GH4169的锯齿形切屑的形成机理模型:当刀具运动到某一点开始出现绝热剪切带,继续运动到下一点,形成一个锯齿,继续运动将出现下一个剪切失稳。     

聚晶金刚石刀具的断屑槽尺寸参数设计

为解决聚晶金刚石(PCD)刀具在铝合金材料切削过程中的切屑缠绕问题,在PCD刀具的前刀面上设计了断屑槽.通过对切屑受力过程和断屑槽断屑机理的分析、切削几何关系的推导和有限元切削仿真实验,提取了5个PCD刀具断屑槽参数,即棱带宽度、倾角、反屑角、槽宽和反屑面转角.建立了PCD刀具断屑槽棱带宽度和反屑角的计算公式;改进了槽...     

镍基高温合金切削过程有限元仿真及刀具参数研究

为了准确模拟高温合金GH4169的切削过程,深入研究了GH4169的有限元建模技术,如有限元模型的建立、材料本构模型、切屑分离准则及接触摩擦模型等。采用Johnson-Cook本构关系模型对GH4169的加工过程进行二维正交切削有限元模拟,获得了不同刀具前角下的切屑形态和切削力曲线图,进一步分析了刀具前角对切屑形态和切削力变化规律的影响,为镍基高温合金的实际切削加工中刀具的选择提供了参考。     

镍基高温合金斜角切削的仿真研究

针对难加工材料镍基高温合金切削力大以及难排屑等问题,在ABAQUS有限元分析软件中建立三维斜角仿真模型,模拟镍基高温合金的切削加工过程。研究斜角切削状态下镍基高温合金材料的去除机理和切屑形成,通过正交试验和单因素试验,分析在不同切削参数下流屑角以及三维切削力的变化情况。采用有限元分析方法对镍基高温合金的三维斜角切削过程进行仿真研究,降低了研究成本,为镍基高温合金高效切削加工提供了理论参考。     

断屑槽凸台形状对车削钛合金影响的研究

为提高硬质合金刀具使用寿命,改善刀具车削钛合金时的断屑效果,基于Deform-3 D软件对加工过程进行三维切削仿真分析,并将仿真结论与实验结果对比,分析两种不同的切削用量下断屑过程中凸台形状对切削的影响.对具有球形、菱形、圆柱形及无凸台的断屑槽刀具进行切削试验,对比其切削力、切削温度和切屑的应力应变及各凸台刀具在切削过...     

陶瓷刀具高速切削镍基高温合金沟槽磨损试验研究

通过陶瓷刀具高速切削镍基高温合金试验,计算了不同速度下切屑毛边对刀具前刀面和切削刃的冲击频率,分析了切屑毛边对沟槽磨损形成的影响;设计了去毛刺试验台,对比分析了去毛刺切削和常规切削时待加工表面切削毛刺尺寸和刀具沟槽磨损的大小。通过扫描电镜和能谱分析,对刀具沟槽磨损部位进行了观测与分析。试验结果表明,侧向切削毛刺和锯齿状切屑毛边是造成沟槽磨损的根本原因,黏结是加速沟槽磨损的重要因素。     

镍基高温合金的外螺纹车削试验研究

介绍了镍基高温合金的性能特点,选用PVD涂层的螺纹车刀牌号KC5025对镍基高温合金GH4145进行了外螺纹车削试验,对切削过程中的刀具磨损、切削速度和切屑形状进行了分析,得出了镍基高温合金螺纹车削刀具选取的一些有用结论。     

几种新型的切断刀成屑槽

<正> 刀具的切屑控制主要采用两种方式,一种是断屑槽,另一种是更新式的成屑槽,从原理上看,断屑槽的作用是将已形成的切屑折断,而成屑槽的主要作用则是在切削中使切屑“成形”,使其折断。两者比较,成屑槽的性能更为先进。以下介绍几种用于切断刀的成屑槽结构型式,供刀具设计时参考。一、直角槽型成屑槽(图1) 这种成屑槽产生的切槽比槽窄,因成屑槽的中部是一U型截面,切屑由此U形面产生。这种成屑槽贯穿在切削刃宽度上的两个截然不同的区域。从理论上讲,在整个刀具宽度上,     

硬质合金刀具槽型结构对切屑的影响

阐述了硬质合金刀具断屑槽几何参数在断屑过程中的作用,分析了断屑机理,介绍了切屑形态、断屑槽结构和断屑机理研究的发展现状与趋势。     

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。     

镍基高温合金切削加工锯齿形切屑研究

以镍基高温合金GH4169和GH3030为研究对象,采用未涂层和涂层刀具进行车削加工试验,通过对金相、切削力、切削温度及刀具磨损形态的检测,阐明锯齿形切屑形成的机理,并对两种材料的切削加工性进行比较。研究结果为该类材料切削工艺的优化提供了试验依据。     

微切削镍基高温合金表面质量的研究

镍基高温合金是一种难加工金属材料,加工后表面质量很难保证。而表面质量是微切削加工追求的重要内容,其对加工后零件的耐磨性、耐腐蚀性和热传导性能都有很大的影响。在分析切削实验结果基础上,进行微切削仿真,深入研究镍基高温合金微切削时的表面质量。结果表明:微切削过程中切屑层晶粒破碎并由于产生的高温软化在前刀面形成积屑瘤,积屑瘤软化从下刀面流出,残留在加工表面形成硬点毛刺。由于微切削刀具刃口钝圆半径尺寸不能忽略,进而产生犁耕现象,即在进行微切削的过程中,钝圆前方的晶粒被刀具刃口挤压,压入加工表面,在加工表面形成凹陷。由仿真现象发现,锯齿形切屑的形成有利于减少犁耕现象。     

TiAlN涂层刀具对40CrNi钢干切削性能的影响

采用电弧离子镀在YT15硬质合金可转位车刀上沉积TiAlN涂层,用该涂层刀具对40CrNi钢进行干切削试验,并对切削过程中的切削力、切削温度、切屑形态进行了分析研究。结果表明:切削速度对切削温度的影响最大,其次是进给量和背吃刀量;随着切削用量的改变,切向力比轴向力、径向力的变化趋势更明显;长环形螺旋屑排屑顺畅,不易缠绕刀具,散热性好,是粗、精加工较理想的切屑形态;随着切削温度的升高,切屑颜色逐渐变为深蓝色。     

陶瓷刀具在发动机中介机匣加工中的应用

采用陶瓷刀片进行了发动机中介机匣的粗铣切削试验,研究了陶瓷刀片加工镍基高温合金的切削性能,优化了切削参数和走刀路线,分析了高速干式加工的切屑形态,指出应用陶瓷刀具加工镍基高温合金是提高效率、降低成本的有效途径。