OoW冷却方式对涂层立铣刀具高速加工钛合金Ti-6Al-4V切削特性的影响

冷却方式在切削难加工材料的过程中扮演了一个非常重要的角色,例如加工钛合金.本文对一种称谓“OoW”的冷却方式在AlCrN/AlTiSiN涂层立铣刀加工钛合金Ti-6Al-4V过程中对刀具的切削特性的影响进行了研究.在不同水含量（1.5,3.0,4.5 L/h）润滑油含量（20,30,50 mL/h）和润滑剂类型（1000-20、2000-30合成酯、2000-10脂肪醇）的条件下,对刀具的磨损、切削力、切削温度、工件的表面粗糙度以及切屑形态进行了研究.实验结果表明,低水量（1.5L/h）能显著地提高刀具的切削特性.然而,润滑剂含量以及类型对刀具的切削特性影响不明显.同时,OoW冷却方式与干切、湿切、低温微量润滑3种润滑方式进行了对比.结果显示低含水量（1.5L/h） OoW冷却方式比其他3种冷却方式对刀具磨损最小、磨损率最低,同时工件的表面粗糙度也最小.这归因于OoW冷却方式融合了水的优良冷却特性和油的高润滑性.此外,冷却方式和冷却参数对切屑的形态有影响.     

Ti-6Al-4V车削力的仿真与实验

在生产中,切削力是计算切削功率,设计和使用机床、刀具、夹具的必要依据.应用Deform软件对钛合金切削进行仿真研究,分析其切削力,并通过实验对比分析,验证了仿真的可行性,并得出了切削力的回归方程以及切削钛合金时的最佳切削参数.     

Ti-6Al-4V薄板临界拉深成形温度研究

对高强Ti-6Al-4V薄板成形性能进行研究,通过单轴拉伸试验测得Ti-6Al-4V应力—应变曲线以及延伸率,观察拉伸失效样件断口组织,研究不同技术参数下Ti-6Al-4V板材拉深行为.结果表明在试验条件下,温度在300℃以下时难以成形圆筒件.300℃开始可拉深出合格圆筒件,此时材料抗拉强度为986.69MPa,延伸率为20.05％.300℃为Ti-6Al-4V薄板在试验条件下拉深成形圆筒件的临界温度,此温度下极限拉深系数为0.656.试验表明高强Ti-6Al-4V板料在一般冲压条件下成形性极差.     

PVD涂层刀具的切削性能研究

涂层是延长刀具使用寿命的重要工艺方法之一。采用磁控溅射离子镀ＰＶＤ涂层工艺,对ＳＮＵＭ类中Ａ、Ｖ和Ｈ断屑槽形硬质合金刀片进行涂层。通过涂层刀片与未涂层刀片的切削力等项试验比较,ＰＶＤ涂层硬质合金刀具的刀－屑接触长度明显缩短,切削力下降,刀具耐用性能提高１－４倍,改变涂层刀具的切削速度,其断屑范围并滑有明显变化。     

片层Ti-6Al-4V合金的界面结构及性能

界面工程是提升工程合金强度和塑性等力学性能的重要途径.双相片层Ti-6Al-4V合金作为典型的工程合金,其原子尺度界面结构对材料变形行为和强塑性的调控作用尚不清晰.本文综述了传统片层Ti-6Al-4V合金中α/β界面和增材制造法制备的片层Ti-6Al-4V合金中α/界面层/β和α′/β界面对强塑性的影响.因为α/β界面...     

脉冲电流对Ti-6Al-4V合金显微组织及力学性能的影响

采用组织观察、性能检测、断口分析等方法研究了脉冲电流对Ti-6Al-4V合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,脉冲电流使试样瞬间急速升温、产生较高的热压应力,并发生α→β相变,随后试样快速降温冷却发生β→α′相变。由于急速升温和快速冷却,新相的形核率增加且无充足时间长大,使合金的显微组织细化,而相变和组织细化导致了合金力学性能提高和电阻率变化。适当优化电脉冲处理工艺参数可使Ti-6Al-4V合金的综合力学性能明显提高。通过测量电阻变化可间接表征电脉冲处理后材料微观组织结构的变化程度。     

涂层刀具铣削Ti6A14V刀具寿命及切削参数优化

对涂层硬质合金刀具高速干铣削Ti6A14V进行了正交试验,获得了刀具寿命的经验公式,并利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了刀具的磨损形态和磨损机理,粘结、扩散及氧化是涂层刀具的主要磨损机理.最后,利用等寿命-效率响应曲面法,对刀具铣削Ti6A14V 的切削参数进行了优化.效率不变的情况下,低速大切深可提高刀具寿命.     

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。     

ICP-AES法测定Ti-6Al-4V合金中Al，V的质量分数

用电感耦合等离子体发射光谱（ICP—AEs）法测定了Ti-6Al—4V合金中Al,V的质量分数,研究了元素分析谱线、仪器分析参数、准确度和精密度等,确定了最佳实验条件．结果表明,该方法的加标回收率为101．3％-108．4％,RSD〈2．0％．该方法简便、快速、准确、精密度好,适用于合金中Al,V质量分数的测定．     

Ti-6Al-4V合金超塑性变形行为的人工神经网络预测

为了研究钛合金的超塑性变形行为,对Ti-6Al-4V双相钛合金进行了超塑性变形试验.构建了以超塑性变形温度、应变速率、晶粒尺寸为输入变量且以峰值应力和稳态应力为输出变量的三层BP人工神经网络模型,预测了该合金在不同超塑性变形条件下的流变应力值,并对该模型的隐含层数、神经元个数、输入输出数据、算法函数进行了合理优化.结果...     

Analysis on the Wear Performances of Cemented Carbide Tools Containing Ti in the Coatings When Machining Ti-6Al-4V Alloys

含钛涂层硬质合金刀具在加工Ti-6Al-4V合金时的磨损性能分析

孙剑飞1,2,3,杜大喜4,丁梓轩1,王凯1,白大山1,陈五一1,2

（1.北京航空航天大学 机械工程及其自动化学院,北京100191;

2.先进航空发动机协同创新中心,北京100191,中国;

3.北京市高效绿色数控加工工艺与装备工程技术研究中心,北京100191,中国;

4.北京航天石化技术装备工程有限公司,北京100166,中国）

摘要：由于钛元素的高亲和力,在加工钛合金时含钛涂层的硬质合金刀具似乎不是最佳的选择。然而在实践中,含钛涂层硬质合金刀具仍然广泛应用于钛合金的加工。为了系统的解释实践与理论之间的矛盾,进行了切削实验。使用俄歇电镜扫描切削区域来解析钛合金与硬质合金刀具之间的扩散过程。并通过分子热力学模拟Ti/Co扩散行为对这一过程进行仿真。实验和仿真结果表明,Ti/Co原子的相互扩散是导致扩散磨损的主要原因。溶解-扩散磨损是含钛涂层硬质合金刀具的主要磨损机制之一。此外,采用四种硬质合金刀具和另外两种金属陶瓷刀具以不同的速度切削Ti-6Al-4V合金,进一步验证含钛刀具在基体和图层中的高亲和力。实验结果表明,含钛硬质合金刀具一般不能用于钛合金的切削加工,但在合理的切削条件下,刀具与工件的亲和力较低。

关键词：磨损机理;Ti/Co扩散;分子热力学模拟;含钛硬质合金刀具;Ti-6Al-4V钛合金

     

Chip formation in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy under nitrogen-oil-mist

High speed milling experiments using nitrogen-oil-mist as the cutting medium were carried out to investigate the characteristics of chip formation for Ti-6Al-4V alloy.Within the range of conditions employed（cutting speed,vc=190-300 m/min;cutting depth of axial,ap=5,7 mm）,saw-tooth chips were produced in these experiments.During the macro and micro analysis of the Ti-6Al-4V chips,an optical microscope and a scanning electron microscope（SEM）were used to study the microstructure and the morphology of the chips,and the X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）was employed for chemical analysis.Comparisons were made to study the influence of different cutting media（nitrogen-oil-mist,air-oil-mist and dry cutting condition）on chip formation.Results indicate that cutting media have significant effects on chip formation.Nitrogen-oil-mist is more suitable for improving the contact condition at chip-tool interface and increasing the tool life in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy than air-oil-mist and dry cutting.     

Microstructure Evolution and Dynamic Mechanical Properties of Laser Additive Manufacturing Ti-6Al-4V Under High Strain Rate

The dynamic mechanical properties of the Ti-6Al-4V (TC4) alloy prepared by laser additive manufacturing (LAM-TC4) under the high strain rate (HSR) are proposed. The dynamic compression experiments of LAM-TC4 are conducted with the split Hopkinson pressure bar (SHPB) equipment. The results show that as the strain rate increases, the widths of the adiabatic shear band (ASB), the micro-hardness, the degree of grain refinement near the ASB, and the dislocation density of grains grow gradually. Moreover, the increase of dislocation density of grains is the root factor in enhancing the yield strength of LAM-TC4. Meanwhile, the heat produced from the distortion and dislocations of grains promotes the heat softening effect favorable for the recrystallization of grains, resulting in the grain refinement of ASB. Furthermore, the contrastive analysis between LAM-TC4 and TC4 prepared by forging (F-TC4) indicates that under the HSR, the yield strength of LAM-TC4 is higher than that of F-TC4.     

高速铣削Ti6Al4V刀具磨损的试验研究

针对钛合金Ti6Al4V加工过程中产生的切削热导致刀具的快速磨损这一工艺难题,进行了不同冷却条件下的铣削加工实验。借助扫描电镜分析(SEM)、能谱分析(EDS)等分析手段,研究了刀具的磨损形态及磨损机理。研究表明,粘结磨损是加工钛合金过程中刀具的主要磨损形式,切削液的使用并不一定提高刀具寿命,而机床的稳定性能对刀具磨损有较大影响。     

PCBN刀具和陶瓷刀具精车铜镍合金的切削性能研究

对PCBN刀具和陶瓷刀具精车铜镍合金MS204的车削性能进行了对比试验研究．基于实际观测数据,分析了PCBN刀具和陶瓷刀具后刀面磨损量及其所加工零件的表面粗糙度、毛刺高度随切削速度变化的情况．利用最小二乘法,给出了PCBN刀具和陶瓷刀具加工铜镍合金MS204的最优切削速度范围．     

Dry Friction Characteristics of Ti-6Al-4V Alloy under High Sliding Velocity

Tribological behaviours of Ti-6Al-4V alloy pins sliding against GCr15 steel discs over a range of contact pressures （0.33-1.33 MPa） and sliding velocities （30-70 m/s） were investigated using a pin-on-disc tribometer under unlubricated conditions. The wear mechanisms and the wear transition were analyzed based on examinations of worn surfaces using SEM, EDS and XRD. When the velocity increases, the friction coefficient and the wear rate of the Ti-6Al-4V alloy show typical transition features, namely, the critical values of sliding velocities for 0.33 and 0.67 MPa are 60 and 40 m/s, respectively. The experimental results reveal that the tribological behaviours of Ti-6Al-4V alloys are controlled by the thermal-mechanical effects, which connects with the friction heat and hard particles of the pairs. A tribolayer containing mainly Ti oxides and V oxides is formed on the worn surface of Ti-6Al-4V alloy.