微织构(W,Mo)C基刀具和YG8刀具对钛合金干切削性能的影响

刀具切削钛合金时存在切削温度高、单位面积上切削力大等问题,微织构刀具可以有效减小摩擦力,减小切削力。通过正交实验法设计微织构参数,研究微织构参数对Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具以及YG8刀具切削钛合金实验的切削性能影响。实验结果表明,合适参数的沟槽型微织构能有效降低Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具和YG8刀具切削TC4钛合金的切削力,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的切削力明显低于YG8刀具的切削力;合适参数的沟槽型微织构能有效降低刀具刀屑界面的摩擦系数,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的摩擦系数大都低于YG8刀具的摩擦系数;沟槽深度10μm、沟槽间距100μm以及沟槽宽度30μm的沟槽参数下,切削钛合金时,无黏结相硬质合金刀具前刀面无明显磨损,后刀面只有边界磨损,YG8刀具发生崩刃,前刀面出现切屑的滞留。     

减摩槽在三维槽型刀片中的应用

通过分析切削过程中切屑与刀具前刀面之间的摩擦情况,提出减少切屑与刀具前刀面的接触面积能降低切屑与刀具之间的摩擦,从而减小主切削力。据此设计了一种带减摩槽的三维槽型刀片,并通过切削试验证明了减摩槽能有效减小主切削力并改善刀片断屑性能。     

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。     

氧化锆陶瓷车削中刀具表面微织构参数对切削性能的影响

利用飞秒激光加工技术在硬质合金车刀后刀面加工出不同宽度和间距的沟槽型表面织构。通过氧化锆陶瓷材料干切削试验,研究织构化刀具磨损机理,分析织构参数对切削力和刀具磨损量的影响规律。实验结果表明：具有合理参数的后刀面织构化刀具能够明显降低切削力,减少刀具磨损。沟槽型织构通过储存切屑、稳定黏结物和对已加工表面上硬质点的二次切削作用,降低刀具后刀面的黏着磨损和磨粒磨损。织构的二次切削作用会导致切削力增大,与织构的减摩作用共同影响切削力。     

带减摩槽刀片在加工不锈钢中的应用

通过分析不锈钢切削加工过程中切屑与刀具前刀面之间的摩擦情况,提出减少切屑与刀具前刀面的接触面积能降低切屑与刀具之间的摩擦阻力,从而减小主切削力。据此,设计了两种带减摩槽的三维槽型刀片,并通过切削试验、切削力检测验证了减摩槽能有效减小主切削力并改善刀片槽型断屑性能的结论。     

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。     

基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金仿真研究

利用有限元软件ABAQUS构建钛合金切削过程的二维仿真模型,通过钛合金切削试验验证模型的正确性。对微织构刀具切削钛合金的过程进行仿真,与无微织构刀具切削钛合金的仿真进行对比分析,研究了微织构刀具应力分布、切削力的变化规律以及对等效塑性应变的影响。仿真研究表明,微织构的存在对切削过程中刀具的应力分布有积极的改善作用,可以降低切削力,减少塑性应变。     

微织构密度刀具切削性能分析及模糊综合评价

设计了一种多种类型的变密度微圆坑织构排布状态的刀具,以钛合金为对象进行钻削测试,对比了表面微织构与组合状态下的钻削加工效果,并通过模糊评价方法确定刀具前刀面织构的最优设计方法。研究结果表明：受到微织构抗磨减摩影响钻削力减小程度远超过刀具表面粗糙引起的额外摩擦作用,导致整体钻削力发生了降低。需适当降低微织构数量,减缓微圆坑边缘和切屑之间的二次切削影响,促进钻削力的降低。织构参数为120μm时可以获得最小的切削温度,随着织构间距的减小,织构也达到了更密集的程度,此时微坑织构具有良好的减磨抗磨效果,变密度微织构对于切削温度降低效果相对恒定密度微织构更明显。模糊综合评价得到200-120-160排布形式的微织构密度刀具达到了最优切削加工性能。     

非对称织构对YT15硬质合金刀具切削性能及其衍生切削的影响

为研究非对称织构对刀具的切削性能及其对衍生切削的影响,基于Johnson-Cook模型,利用有限元分别进行无织构刀具(NT)、正向非对称织构刀具(FT)和反向非对称织构刀具(RT)切削45钢的仿真分析,并进行相应的切削实验,对比分析了NT、FT和RT的切削力、切削温度、切屑形态、衍生切削和刀具磨损等。研究发现非对称织构刀具的切削性能要优于无织构刀具,但织构的存在同时会诱发衍生切削现象,对切削性能产生一定的负面影响,加剧刀具磨损。NT、RT和FT的平均主切削力分别为601.9、196.4和419.1 N,织构刀具的切削力较无织构刀具减少了约30.4%～67.4%。结果表明,引入织构后有利于增大剪切角、降低切削力、改善刀尖温度分布和减少切屑的黏附,提高切削稳定性;但织构诱发的衍生切削会加剧织构在切屑流出端的刀面磨损,会在一定程度上影响切削温度、增大切削力,织构与衍生切削的耦合作用使得RT的切削性能优于FT。     

硬质合金刀具正交切削钛合金试验的研究

刀具与切屑之间的摩擦磨损是影响刀具磨损的主要原因,在刀具表面上制备出微织构可以有效的提高刀具耐摩擦磨损性能,延长刀具寿命。利用激光加工技术,在硬质合金刀具的前刀面上制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列,通过正交切削试验观察切削过程中切屑与刀具之间的相互作用,对比微坑织构对刀具的黏刀量、切屑形态和刀具前刀面的磨损量的影响。研究结果表面,微坑织构可以减少刀具的黏刀量,减少冷焊,增加刀具的耐摩擦磨损性能;存储少量的切屑和硬质合金颗粒,减少刀具表面划伤,增加刀具寿命;增大切屑的卷曲率,有利断屑防止切屑堆积。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能。本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析。仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20%左右的切削力。然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验。试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的。     

仿生微织构对刀具切削性能影响的有限元分析

仿生摩擦学的相关研究表明,高性能的表面微织构具有良好的减摩抗磨性能.本文利用ABAQUS软件,对无微织构和有微织构硬质合金刀具的二维直角切削过程进行了有限元分析.仿真试验表明:一定尺寸的沟槽微织构可以有效改善刀—屑摩擦过程中的应力分布状况,减少应力集中现象,既提高了刀具的减磨性能,同时还可以降低20％左右的切削力.然后,采用激光加工方法在YG8硬质合金刀片的前刀面置入不同宽度的沟槽微织构,在一定载荷条件下进行摩擦磨损试验.试验发现:沟槽型微织构可以有效地降低硬质合金刀面的摩擦系数,并且不同宽度的沟槽其减摩效果是不一样的.     

微坑织构车刀正交切削钛合金试验的研究

基于仿生摩擦学理论,在刀具表面上制备微织构可以有效提高刀具耐摩擦磨损性能和延长刀具寿命。利用激光加工技术,通过控制加工过程中的激光密度、打标次数、打标速度,在硬质合金刀具的前刀面上制备出直径为35μm、30μm、25μm、20μm的微坑阵列。正交切削试验对比微坑织构刀具和无织构刀具的耐磨损性能,从刀具磨损的长度、宽度、工件表面质量、钛合金的黏刀量等方面进行评价。研究结果表明:表面微坑织构可以有效提高刀具的耐摩擦磨损性能和钛合金表面质量;随着微坑直径的不断减小,刀具的耐摩擦磨损性能不断提高,存储切屑和硬质合金颗粒的能力也不断提高,减少对刀具前刀面的犁沟作用。     

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。     

表面织构对刀具主剪切区特性的影响研究

表面织构能明显改善刀具的切削性能,进一步清晰织构刀具的切削机理。将数值仿真及理论解析相结合,研究表面织构对刀具主剪切区特性的影响,分析主剪切区剪切角、温度及切屑形变量参数的变化。结果表明:刀具表面织构影响了刀-屑界面的接触及摩擦特性,增大了刀具主剪切区的剪切角,进而减小了刀具的切削力、刀-屑界面温度及切屑剪切形变量;主剪切区的温度却因单位时间内被切材料的剪切滑移率增大而小幅增加。本研究为清晰织构刀具的切削机理奠定了理论及技术基础。     

刀具表面微织构设计和切削仿真分析

织构在刀具表面上的应用受到众多使用者的青睐,为了进一步深化对织构的设计,使其具有更好的润滑减摩效果,针对微凹坑织构的单一独立性和宽凹槽织构的锯齿切削现象的弊端,设计了微凹坑-凹槽线性组合织构形貌。采用ABAQUS通用软件对新型织构类型刀具进行二维切削仿真,通过仿真对比后发现,织构刀具在应力、切削温度、切屑形态方面都表现出较好的优越性,并且在切屑卷曲方面,织构与刀面交接处的弧度对切屑表面光整度具有较大影响,较大的弧度能够有效降低锯齿切削现象。     

面向绿色切削的表面微织构刀具设计及其切削性能的有限元仿真研究

采用DEFORM-3D有限元仿真软件对梯形槽表面微织构刀具进行切削仿真研究。通过正交试验法,结合等离子刻蚀加工的实际情况,设计了具有不同织构参数的梯形槽表面微织构刀具。研究了织构上宽度、织构间距、织构深度、织构刃边距、织构刃边角五个因素对表面微织构刀具切削性能的影响,经优化后得到了具有最佳织构参数的梯形槽表面微织构刀具。结果表明:合理的织构参数具有良好的减摩效果,能够改善刀具和切屑之间的摩擦状况,促进刀尖处的散热,从而达到降低切削力和切削温度的作用。     

仿生微坑—槽复合织构陶瓷刀具硬车削性能研究

在金属加工中,切屑一般被当做固体进行研究。有研究表明,切屑具有类似于流体的特性,因此,刀—屑接触处于固体与固体接触和固体与流体接触的混合状态。为改善刀具切削性能,综合考虑刀具与切屑接触的混合状态以及切屑流动方向,本文基于蜣螂表皮和鲨鱼表皮,在陶瓷刀具前刀面设计加工了微凹坑织构(DT)、微沟槽织构(GT)和微坑—槽复合织构(DGT)。通过有限元仿真和车削试验,研究了不同切削速度下干式车削GCr15淬硬轴承钢时织构对于刀具切削性能的影响规律。研究表明:三种织构刀具有效改善了陶瓷刀具的切削性能;微坑—槽复合织构刀具(DGT)在不同切削速度下切削性能均为最优;微凹坑织构刀具(DT)在较低切削速度时表现出相对良好的减摩特性,适合于较低的切削速度;微沟槽织构刀具(GT)更适合于较高的切削速度。     

微孔织构车刀设计与高速微车削试验

针对微型刀具高速微切削过程中磨损严重的问题,基于表面非光滑技术,在刀具表面进行微孔织构设计,并采用Deform 3D进行金属切削动态模拟分析。分析表明,前刀面带有微孔织构的微型车刀主切削力、刀尖最高温度、刀具磨损量,与无织构车刀相比都明显降低。利用微细电火花加工技术在微型车刀表面加工微孔织构,使用自行研制的高速微车削实验装置进行6061铝合金的微加工实验,并从刀具表面磨损状况、切屑形态、已加工表面粗糙度3个方面进行评价。实验结果表明,微孔织构在提高刀具减磨性能和已加工表面质量方面效果良好,微织构改善了切屑形态,增强了刀具排热、抗黏结性能。     

微型车刀微孔织构设计及高速微车削试验

针对微型刀具高速微切削过程中磨损严重的问题,基于表面非光滑技术,在刀具表面进行微孔织构设计,并采用Deform-3D进行金属切削动态模拟分析。分析表明,前刀面带有微孔织构的微型车刀主切削力、刀尖最高温度、刀具磨损量,与无织构车刀相比都明显降低。利用微细电火花加工技术在微型车刀表面加工微孔织构,使用自行研制的高速微车削实验装置进行6061铝合金的微加工实验,并从刀具表面磨损状况、切屑形态、已加工表面粗糙度3个方面进行评价。实验结果表明,微孔织构在提高刀具减磨性能和已加工表面质量方面效果良好,微织构改善了切屑形态,增强了刀具排热、抗黏结性能。