Al2O3基陶瓷刀具干切削淬硬钢H13时的加工表面质量研究

试验研究了不同速度下Al_2O_3/(W,Ti) C陶瓷刀具的磨损寿命以及不同后刀面磨损量时对应的切削温度,不同切削速度时刀具后刀面磨损量对表面粗糙度、表面残余应力以及加工硬化等表面完整性的影响规律及机制。结果表明:随着切削速度提高,工件已加工表面粗糙度减小;随着陶瓷刀具后刀面磨损量增加,表面粗糙度先减小后增大;已加工表面的残余压应力随切削速度增大而逐渐减小;表面残余应力随后刀面磨损量增大从残余压应力向残余拉应力转变;随着切削速度的提高,工件表面加工硬化逐渐降低;已加工表面显微硬度值和硬化层深度随后刀面磨损量增加而增大。     

钛合金铣削刀具磨损对表面完整性影响研究

为了掌握钛合金TC4铣削过程中刀具磨损对表面完整性的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削钛合金工件的表面完整性测试,得出了刀具磨损对表面完整性的影响规律,并对其影响机理进行了分析.结果表明,在刀具处于初期磨损和正常磨损阶段,刀具的挤光效应引起的压应力占主导地位,而在刀具剧烈磨损阶段,加工过程中的热塑性变形引起的拉应力占主导地位;随着刀具后刀面磨损量的增加,刀具正常磨损阶段粗糙度值缓慢增加,剧烈磨损阶段粗糙度值迅速增加;随着刀具后刀面磨损量的增加,已加工表面的显微硬度值和表面层的硬化深度都随之增大.     

液氮低温铣削GH4169合金时涂层刀具表面完整性及磨损研究

高速切削过程中,刀具表面完整性的变化与刀具磨损具有紧密联系,采用PVD-TiN/TiAlN硬质合金涂层刀具进行液氮低温铣削GH4169合金试验,研究不同喷射温度时刀具的表面完整性(包括表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力)及其与刀具磨损的关系。结果表明,在刀具磨损影响下,涂层刀具表面粗糙度变化趋势一致,刀具表面显微硬度与表面残余应力随刀具后刀面磨损量的增加先增大后减小;与喷射温度为-30℃相比,喷射温度为-90℃时涂层刀具的表面显微硬度与表面残余压应力更大,在铣削过程中更快达到最大值。喷射温度为-90℃时涂层刀具的表面完整性得到提升,刀具耐磨性提高,稳定磨损阶段持续时间延长,刀具寿命显著提升。     

后刀面磨损对加工表面残余应力的影响研究

残余应力是衡量加工表面质量的一项重要指标,切削过程中刀具后刀面磨损会对加工表面残余应力产生重要影响。以弱刚度高精度件齿圈为研究对象,研究后刀面磨损对残余应力的影响。设计了刀具磨损几何模型,建立了齿圈切削二维仿真有限元模型,通过仿真分析了不同后刀面磨损量条件下齿圈加工表面残余应力,得到了残余应力随后刀面磨损量的变化规律,并利用钻孔法测试了残余应力,结果表明,仿真数据可靠。     

轴承钢硬态切削表面残余应力的研究

为了揭示轴承钢硬态切削中切削用量对工件已加工表面残余应力的影响规律,运用金属切削软件AdvantEdge在不同切削用量条件下进行了热力耦合切削仿真。结果表明:硬态切削后工件已加工表面出现残余压应力,随着深度的增加残余压应力值减小并逐渐转变为拉应力;切削速度和进给量对残余压应力影响较大,残余压应力最大值随着切削速度的增加呈先减小后增加的趋势,但作用深度变化较小,进给量增加时残余压应力最大值和作用深度均增加;背吃刀量增加时残余压应力最大值和作用深度变化幅度很小。研究结果可为残余应力控制和工艺参数优化提供理论指导。     

刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响

粉末冶金高温合金FGH96的切削加工性极差,加工过程中刀具磨损严重,直接影响零件的加工表面质量和疲劳寿命。采用涂层刀具车削FGH96试件,研究刀具磨损对FGH96试件加工表面完整性及疲劳性能的影响规律。结果表明,随着刀具磨损量(刀具后刀面磨损量)的增加,试件表面粗糙度Ra会随之增大,加工表面显微硬度则逐渐减小;加工表面残余应力均表现为残余压应力状态,且残余应力绝对值随着刀具磨损量的增加而增大;加工表面塑性变形层深度则随着刀具磨损量的增加而加深。同时,当刀具磨损量VB≤0.15 mm时,在试件表面完整性的综合影响下,试件的疲劳寿命下降幅度较小;当刀具磨损量VB>0.15 mm后,试件的疲劳寿命则急剧下降;因此,为保证FGH96试件车削加工后的疲劳寿命,车削刀具的磨损量VB应控制在0.15 mm以内。     

高速切削GH2132涂层刀具表面及次表面性能演变研究

高速切削过程中,涂层刀具表面性能及次表面残余应力的变化会直接影响刀具的切削性能。采用PVD-TiAlN硬质合金涂层刀具进行高速车削GH2132高温合金试验,研究刀具表面性能在切削过程中的变化规律,并用拉曼光谱法测量了刀具不同磨损阶段的涂层次表面残余应力分布。结果表明,刀具在完整寿命期间内,表面残余压应力和表面显微硬度均呈先增大后减小的趋势。刀具从未磨损到稳定磨损阶段中期,涂层截面残余应力均为残余压应力占主体且沿深度方向逐渐增大,但切削至稳定磨损阶段后期时,涂层在靠近基体位置出现残余压应力减小的现象。在稳定磨损阶段前期,刀具有最佳的表面性能及最大的次表面压应力,此时刀具切削性能最佳,刀具磨损缓慢。     

钛合金TC11车削中已加工表面质量试验研究

为了研究车削钛合金TC11时切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响,选用涂层硬质合金刀片CNMG120408在不同切削条件下进行车削试验,分析后刀面磨损量随切削时间的变化规律;对比磨损刀具与新刀具切削的工件表面,观察表面粗糙度、表面形貌、显微硬度以及表层微观组织情况,分析切削速度和刀具磨损对已加工表面质量的影响规律。试验结果表明:在刀具磨损初期,即新刀具切削时,切削速度从60m/min增加到100m/min,刀具磨损程度增大,表面粗糙度值降低,硬化层深度减小,加工硬化程度略微增大,表面塑性变形层深度减小;在刀具磨损终期,不同切削速度下的表面粗糙度增大,表面形貌变差,硬化层深度和加工硬化程度增加,表面变形程度增大,塑性变形层深度增加。     

弯曲振动车削刀尖位置对于熨压特性的影响

分析弯曲振动车削过程中刀具以及工件的运动特性,建立刀具与工件的几何运动轨迹模型。理论上分析不同刀尖位置对于切削后材料的熨压效果以及刀具磨损情况。提出工件运动速度与刀具振动速度共线为临界位置的概念,当刀具低于临界位置时,刀具往回运动时不会接触切削表面不存在熨压效应,并且存在一个临界后角,当刀具后角小于临界后角时,将会发生后刀面干涉。当刀具高于临界位置时,刀具往回运动时后刀面对已切削材料表面具有冲击挤压作用存在一定的熨压效应,同时刀尖受到冲击挤压容易崩刃。通过刀尖上偏于临界位置的运动轨迹图发现,较小的后角可以有效地提高刀尖的强度,避免崩刃。通过实验,针对淬硬材料分析刀尖位置对于车削后的表面形貌以及刀具磨损情况,证明了刀尖位置对于表面形貌,熨压特性以及刀具磨损的影响。     

超声振动切削对残余应力影响的数值分析

利用AdvantEdge FEM软件对YG6X刀具加工Ti6Al4V合金进行一维和二维超声振动切削仿真,分析超声振动参数对残余应力的影响。模拟仿真表明：一维X向振动时,振动频率和振动幅度对残余应力影响不明显,最大压应力和压应力区深度增大不明显;一维Y向振动时,振动频率越小,残余压应力和压应力区深度越大,振动幅度越大,残余压应力越大,压应力区深度越大;二维振动通过极差分析确定A₁B₁C₃为最佳组合,振动参数对残余应力的影响由大到小依次为A_y>(F_x,F_y)>A_x。结果证明,超声振动切削可以增大工件表层残余应力,改善工件的耐磨性和疲劳强度。     

钛合金TB6铣削表面残余应力研究

钛合金TB6铣削加工表面残余应力对其使用性能可产生较大影响。试验研究了铣削参数,干铣削、冷铣削,刀具磨损等对表面残余应力的影响规律以及残余应力深度分析。结果表明,铣削速度和进给量对残余压应力影响明显,铣削深度对残余压应力影响小;干铣削表面表现为残余拉应力,残余拉应力随速度增大而增大,冷铣削表面表现为残余压应力,残余压应力随速度增大而减小;刀具磨损量对表面残余应力会产生较大的影响,随着刀具磨损量的增加,残余压应力逐渐增大;冷铣削导致的残余应力深度为20～30μm,干铣削导致的残余应力深度为30～40μm,刀具磨损量VB=0.18mm时铣削导致的残余应力深度50μm,最大残余应力值均出现在表面或者表面以下10μm内,残余应力沿深度方向分布大致呈"勺"型。研究结果对钛合金TB6铣削加工表面残余应力控制具有实用价值。     

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。     

不锈钢车削表面残余应力的模拟与参数优化

采用有限元软件对304不锈钢干切削过程进行模拟,获得不同影响因素下的工件表面残余应力值。采用静态信噪比(S/N)和方差分析对仿真结果进行分析,得到切削速度、进给量、背吃刀量、刀尖圆弧半径和刀具前角对工件表面残余应力的影响情况,根据分析结果对各影响因素进行优化,并将优化后的参数进行实验对比验证。结果表明:切削速度、进给量、背吃刀量、刀尖圆弧半径、刀具前角对工件表面残余应力的贡献度分别为10.14%,15.19%,8.48%,62.42%,3.77%。     

高效切削钛合金Ti-6Al-4V硬质合金刀具扩散磨损研究

钛合金化学活性高,在切削过程中与硬质合金刀亲和性大,导致刀具易于发生扩散磨损。在使用硬质合金刀具切削钛合金Ti-6Al-4V试验及切削仿真分析基础上,采用SEM的EDAX研究刀具的扩散磨损,通过研究切削温度及刀-屑/工件接触区压力对扩散磨损的影响,并借助相图分析刀-工件之间的元素亲和力,进而研究扩散磨损的形成机理。结果表明:钛合金切削温度高,并且随着切削速度的增加,切削温度上升;在刀-屑以及刀-工件接触区,最高温度处于刀尖部位靠前刀面的位置。钛合金的加工回弹,造成刀-工件接触面摩擦加剧,使得整个接触区域的最高压力位置位于刀尖附近靠近后刀面的位置。在接触区的高温高压下,硬质合金刀具前、后刀面均发生元素扩散,且前刀面扩散现象比后刀面较为严重;随着切削速度的增加,加剧了扩散现象的发生。     

刀片钝化半径对高温合金切削质量影响的研究

通过不同钝化半径的刀具对GH4169高温合金进行车削正交试验,结果表明:随着钝化半径的增加,表面残余应力先降低后增加;工件环向残余应力随着钝化半径的增加,工件内部残余压应力最大值增大,影响深度随之增加。由表面粗糙度和表面残余应力的敏感程度可知,进给量是影响表面完整性的最主要因素,其次是切削速度和切削深度。分析了不同钝化半径和切削参数对表面完整性特征的影响规律,建立了表面粗糙度表面残余应力的经验公式,得到了用于精加工GH4169高温合金较好的钝化半径范围0.02~0.03mm,以及较优的切削参数vc=60~70m/min,fn=0.05~0.075mm/r,ap=0.2~0.5mm。     

刀具磨损对TB6钛合金车削表面残余应力影响的研究

表面残余应力是表面完整性的重要指标,基于此研究刀具磨损对TB6钛合金车削表面残余应力的影响。应用计算机软件建立磨损刀具与TB6钛合金的有限元模型,仿真分析不同后刀面磨损量的刀具在车削过程中对切削力、切削温度和表面残余应力的影响,得到切削力、切削温度的变化趋势,以及进给方向和切削方向的表面残余应力受影响规律。     

钛合金Ti-6Al-4V高压冷却车削过程有限元分析

随着钛合金的广泛应用,改善其切削加工性、提高加工表面完整性的试验研究也已得到广泛重视,但对该过程的仿真分析尚不成熟。通过Deform 3D仿真软件建立有限元仿真模型,模拟钛合金Ti-6Al-4V在干切削、普通冷却及高压冷却环境下的车削过程,研究切削环境对切削力、切削温度等加工过程量的影响,获取已加工工件距离加工表面不同深度的残余应力分布,分析高压冷却对钛合金Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响规律。通过钛合金Ti-6Al-4V车削试验测量切削力及刀具表面切削温度,并与有限元仿真模型对比,以验证其可靠性。仿真结果表明:随着切削液压强的增加,切削力增加,刀具表面切削温度降低,高压冷却可有效增强切削液的冷却作用。干切削时,已加工表面(d2=0)为残余拉应力;随着切削液压强的增加,已加工表面残余应力状态逐渐由残余拉应力向残余压应力转变,当切削液压强为200 bar时,已加工表面残余应力为残余压应力,且此时已加工表面残余压应力为最大值。随着测量深度的增加,残余应力值增大,在所有切削试验中,最大残余压应力值均在距离已加工表面相同距离。仿真结果与试验结果的对比证明了有限元仿真模型的可靠性,为钛合金Ti-6Al-4V高压冷却加工热力耦合分析和优化设计提供了理论依据。     

Cu-Ni-Sn合金精加工表面残余应力有限元仿真研究

为研究Cu-Ni-Sn合金精加工后表面残余应力层深分布及大小,根据室温和高温下Cu-Ni-Sn合金流动应力—应变曲线数据,构建了试验条件下Cu-Ni-Sn合金的J-C本构模型,采用有限元分析法研究了切削参数和刀具几何角度对Cu-Ni-Sn合金加工表面残余应力的影响规律,并采用正交试验法和极差分析法对表面残余应力进行了优化分析。分析结果表明：Cu-Ni-Sn合金精车加工后,表层残余应力呈现“勺型”分布,表层残余拉应力沿深度方向转变为压应力;表层最大残余拉应力和最大残余压应力与切削速度和切削深度呈正相关,最大残余拉应力随刀具前角增大而减小;表层残余拉应力与最大残余压应力随刀具后角的增大而减小;采用正交试验法和极差分析法得到对表层最大残余拉应力的影响显著性排序为切削速度>刀具前角>刀具后角>切削深度。     

刀具状态与切削过程的优化

刀具磨损是机械加工过程中普遍存在的一种自然现象,研究了刀具磨损状态对已加工表面质量的影响,主要是后刀面磨损量对工件表面粗糙度、残余应力和加工硬化的影响,同时也探讨了切削速度与表面粗糙度的关系,并对这些影响产生的机理进行了讨论.     

PCD刀具干式车削Ti6Al4V的正交试验研究

通过正交试验法研究PCD刀具干式车削Ti6Al4V时切削速度、进给量和切削深度对工件表面粗糙度和刀具后刀面磨损的影响。试验结果表明,切削速度为120-160m/min、进给量为0.15mm/r、切削深度为0.15mm时,可以获得理想的工件表面粗糙度和刀具后刀面磨损量。