微织构刀具磨损的研究现状

源于仿生摩擦学之表面改性技术的表面微织构,随着激光加工、光刻等加工技术的发展,因其良好的减磨,耐磨性能在诸多方面得以应用。近年来的微织构刀具即是微织构在切削领域的应用,大量的研究发现微织构刀具在切削时减磨效果较好,这对于提升刀具的寿命、提高工件精度和节约成本具有重要的意义。这里对不同微织构参数、形貌,不同材质的微织构刀具在不同切削条件、切削参数下的减磨机理,磨损性能进行了总结,根据现存问题提出了新的研究方向,为微织构刀具的应用提供参考。     

微织构刀具织构参数优化仿真研究

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构(微织构)可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距织构间距织构宽度正弦曲线幅值周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。     

微织构刀具研究现状及展望

针对微织构刀具切削性能的研发现状,介绍了微织构刀具减磨机理,给出了微织构制备方法及特点,分析了微织构形式及其对切削性能的影响,展望了微织构刀具的发展趋势.     

微织构自润滑刀具的切削性能研究

采用激光加工方法在硬质合金车刀前刀面月牙洼易磨损区域加工微织构并填充固体润滑剂MoS2,制备了微织构自润滑刀具(MTR-1和MTR-2),并与传统硬质合金刀具MTO进行了干切削淬火45钢的对比试验.试验结果发现,与传统硬质合金刀具MTO相比,微织构自润滑刀具能够显著降低切削力、减小刀具前刀面磨损.同时,微织构自润滑刀具...     

基于遗传算法的微织构刀具织构参数仿真研究

微织构刀具切削过程中,织构参数对切削力有显著影响。为了通过优化微织构参数得到较小的切削力,利用DEFORM-3D软件建立了硬质合金刀具铣削高硅铝合金的模型,仿真得到不同微织构参数下的切削力,并结合单目标遗传算法对微织构参数进行优化求解。结果显示,优化后的微织构参数更能降低切削力。     

微织构刀具及其切削加工

微织构刀具的研究始于21世纪初,其主要技术思想是通过在刀具表面的特定位置上加工出表面织构以改善切削加工中刀-屑接触界面的摩擦润滑状态,已成为一种极具发展潜力的刀具。针对微织构刀具的研究进展,对多种不同类型微织构刀具的制备、切削性能和理论基础进行了介绍。     

多形态微织构刀具切削性能仿真研究

应用AdvantEdge FEM软件对多形态微织构刀具切削Ti-6Al-4V合金进行了一系列的切削仿真。在SolidWorks软件中建立具有刀具角度参数相同的无织构、横向织构、纵向织构、凹坑织构、纵横织构、凹坑纵横织构刀具,然后导入AdvantEdge FEM软件中,进行切削参数一致的切削仿真。对比分析6种仿真结果发现,无织构刀具切削力最大,纵横织构刀具切削力最小;无织构刀具前刀面有明显的超高温区,凹坑纵横织构刀具温度高温区域最小,纵横织构刀具峰值温度最低。说明纵横织构可以有效降低切削力,减小刀具高温区,降低刀具峰值温度。多形态织构比单一形态织构具有更好地的切削性能,可以更好地延长刀具寿命。     

沟槽形微织构刀具切削性能仿真研究

为 揭 示 表 面 微 织 构 形 貌 对 刀 具 切 削 性 能 的 影 响 ,以 沟 槽 微 形 微 织 构 和 无 织 构 硬 质 合 金 刀 具 为研 究 对 象 ,运 用Ａ ｄｖａｎｔＥｄｇｅ 软 件 开 展 Ｔｉ６ Ａｌ４ Ｖ干 切 削 仿 真 研 究 。 结 果 表 明 ,相 比 于 非 织 构 刀 具 ,微 织 构 刀具 散 热 性 能 更 优 ,切 削 力 和 切 削 刃 最 大 应 力 均 更 低 。 研 究 方 法 可 为 微 织 构 刀 具 设 计 提 供 一 定 的 参 考 。     

组合微织构刀具切削钛合金仿真研究

为提升刀具切削钛合金过程中的切削性能,考虑微织构形貌之间的交互作用,设计了微坑-微槽组合微织构刀具,并利用DEFORM-3D有限元模拟软件模拟组合微织构刀具切削钛合金的过程。以微织构刀具的刀具前角、切削速度和背吃刀量为因素变量设计了三因素三水平的正交试验,分析各试验因素对切削过程中主切削力的影响。结果表明：在组合微织构刀具切削钛合金过程中背吃刀量对切削力的影响最大,刀具前角次之,切削速度对切削力的影响程度最小,其最优组合为刀具前角为10°,切削速度为60 m/min,背吃刀量为0.1 mm;同时,组合微织构刀具在切削钛合金过程中,背吃刀量越小,切屑的卷曲程度越好;在不同背吃刀量的条件下,刀具前角对切屑形态的影响较为明显。     

表面微织构刀具切削加工技术

刀面微织构改变了刀具与切屑之间的摩擦状态,表面微织构刀具在切削中能够降低刀具磨损、提高刀具寿命和切削性能,研究表面微织构刀具的切削加工技术具有重要意义。通过对表面微织构刀具切削加工技术进行综述,介绍了表面微织构刀具制备方法以及表面微织构刀具在切削加工过程中的切削力、切削温度、刀具磨损、工件加工表面粗糙度的影响规律,梳理了表面微织构在不同刀具上的应用,对表面微织构刀具切削加工技术的未来发展趋势进行了展望。     

三维微坑织构刀具耐磨损性能研究

采用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,分析激光功率、打标速度、打标次数对微织构形貌和质量的影响;通过正交切削试验对比微坑阵列刀具和无织构刀具的耐磨损性能,从刀具磨损长度、宽度、工件表面粗糙度、切屑的黏刀量等进行评价。结果表面:通过合理的控制激光加工过程中激光功率、打标速度、打标次数来制备出符合要求的微织构形貌;微坑直径的大小对刀具的耐磨损性能有一定的影响,随着微坑直径的不断减小刀具的耐磨损性能有一定的提高,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断减小;当直径小于25μm时,刀具的耐磨损性不断减弱,Ti6Al4V合金表面粗糙度不断增加;微坑织构对于刀-屑摩擦接触状态、抗黏附、耐磨减阻、存储切屑等方面有着积极的作用。     

凹槽微织构刀具皮质骨切削仿真研究

在骨钻削过程中,钻削力过大会对骨组织造成损伤,研究表明,微织构能够有效改善刀具的切削性能。将钻削简化为二维切削,研究凹槽微织构刀具对切削力的影响。基于切削理论建立了凹槽微织构刀具的切削力模型,利用ABAQUS软件进行皮质骨二维切削仿真。设计单因素试验确定微织构参数(宽度、间距和刃边距)对切削力的影响,对比分析微织构刀具和无微织构刀具的仿真结果。结果表明:微织构刀具能够有效减小切削力;微织构参数对切削力有不同影响。     

微织构刀具连续磨损建模与仿真研究

建立切削过程中的微织构刀具连续磨损有限元模型一直是难点。为分析微织构刀具连续磨损问题,基于能量损失法,在有限元分析软件中建立了硬质合金刀具微切削Ti6Al4V钛合金材料过程中的微织构刀具连续磨损模型,并在刀具前刀面不同位置分别设计单个和多个微织构模型,分析微织构对刀具前刀面月牙洼磨损和后刀面磨损的影响。有限元分析结果表明,前刀面的微织构数量和位置对刀具的磨损程度有严重影响;刀具表面温度是影响月牙洼磨损深度的关键因素;而月牙洼磨损中心到切削刃刀尖的磨损与刀具的Mises应力有直接关系;影响刀具的后刀面磨损主要因素是刀具压力。     

激光加工刀具表面微织构的应用研究

切削加工过程中,刀具与工件材料、切屑近距离发生摩擦,产生极高的切削温度和较大的切削力,刀具磨损剧烈。如何延长刀具寿命,抑制刀具的快速磨损成为现阶段研究切削加工的核心课题。刀具表面微织构具有减小切削力、降低切削温度、减缓刀具的磨损的作用,从而能够延长刀具的使用寿命。激光加工技术加工范围广泛、安全可靠、加工精度高、自动化程度高,成为目前加工表面微织构技术中应用极为广泛的技术。研究激光加工刀具表面微织构特别是陶瓷刀具表面微织构,具有重要的理论研究价值与广阔的应用前景。     

无织构刀具与织构刀具铣削性能对比研究

基于金属切削理论,以无织构刀具和织构刀具为研究对象,对钛合金的铣削过程进行分析与研究,通过改变钛合金的切削条件,研究在不同的切削参数(转速n、背吃刀量ap、侧吃刀量ae、每齿进给量fz)条件下铣削TC4钛合金的铣削力变化趋势并进行分析,为实际加工参数的选择提供参考和依据,具有一定的应用价值。     

基于ABAQUS的微织构刀具切削机理研究

微织构刀具在切削过程中有减小切削力的作用,为了进一步研究微织构尺寸参数(包括宽度、间距、深度)的变化对切削力的影响,运用ABAQUS建立了微织构刀具切削钛合金的有限元模型,并进行中心复合试验得出响应曲面。响应曲面不仅可以直观地看出各变量对响应目标的影响,还可以研究几种因素间的交互作用,试验得出沟槽型微织构的间距对主切削力的影响最为显著,沟槽深度次之,宽度对主切削力的影响最小。     

不同润湿性微/纳织构化刀具切削性能研究

针对15-5PH固溶处理不锈钢等难加工材料切削过程中刀具磨损快速的问题,采用激光加工及表面处理技术制备得到不同润湿性的硬质合金微/纳织构化刀具。通过对15-5PH固溶处理不锈钢的切削试验,研究了不同润湿性微/纳织构化刀具的切削性能及减摩机理。试验结果表明:在微量润滑条件下,刀具表面低润湿性微/纳织构的存在可有效降低切削力、前刀面平均摩擦系数及切削温度,同时还能进一步改善刀—屑界面的润滑状况,减缓刀具磨损。     

微织构刀具制备技术及加工性能研究新进展

近年来,随着可持续发展的兴起,国家对制造业提出了更高的要求,切削作为一种常用的加工手段,其刀具性能的提高也备受关注.在刀具表面制备织构是提高刀具性能的一项先进技术,该技术可以改善刀具的切削性能,从而提高基材的加工表面质量并延长刀具寿命.研究表明,刀具表面的织构通过减小刀具与切屑间的接触长度并改善摩擦条件,有助于降低切削...     

微织构刀具超声振动辅助加工切削性能仿真研究

对微织构刀具在超声振动辅助加工时的切削性能进行仿真研究。在研究中,在CAXA软件中建立刀具参数相同的二维刀具和微织构刀具,导入AdvantEdge软件,分别进行二维普通刀具切削、二维微织构刀具切削、二维普通刀具超声振动切削、二维微织构刀具超声振动切削,对比分析四种切削的仿真结果。通过仿真研究发现,微织构结构可以有效降低刀具温度,高温区域明显减小,同时可以减小刀具应力,减小高应力区域,对切削力的影响则不大。超声振动辅助加工可以有效减小切削力,降小刀具应力,对刀具温度的影响则不大。微织构结构和超声振动辅助加工同时作用,刀具温度最低,切削力和应力最小,并且可以延长刀具寿命。     

刀具表面微织构激光加工方法研究与分析

在刀具的表面加工微织构,可显著提升刀具的切削性能,大幅提高刀具耐用度并延长刀具的使用寿命。本文利用脉冲激光在硬质合金(WC-Co,YG8)刀具的表面加工微织构,重点对激光功率、频率、脉冲个数和光斑直径对微坑织构的尺寸、形貌以及激光加工中产生微裂纹的影响进行了系列试验研究。采用波长λ=1064nm、激光功率W=90W、频率f=20Hz、脉冲个数n=20、光斑直径d=500μm的激光参数,在硬质合金刀片300℃预热处理后,用带有4个档位的超声振动辅助手段在刀具表面加工微坑织构。并选用原始激光加工后的硬质合金片和热处理超声振动辅助激光加工后的硬质合金刀片进行比较,试验结果表明,当刀具采用预热处理后,辅以超声振动进行激光加工的方法对控制刀具表面织构尺寸精度、刀具表面形貌的均一稳定和抑制表面微裂纹的产生具有重要意义。