高温合金切削刀具的研究现状及进展

高温合金具有较高的强度、抗高温氧化性等性能,被广泛应用于各种领域中,其加工时切削温度高、加工硬化严重、刀具磨损严重,是最难加工的材料之一。本文综述了国内外高温合金切削刀具的研究现状。阐述了高温合金的切削特性,重点对高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、PCVB这几类高温合金切削刀具材料的研究现状进行了分析;同时,也对国内外切削高温合金刀具的结构、切削加工工艺参数以及磨损机理的研究现状进行了概述。在此基础上,发现高温合金切削刀具虽然已经研发设计出了多种新刀具材料、新切削工艺参数,但仍然需要进一步了解影响刀具性能的因素及刀具磨损机理。因此,本文提出了建立评估刀具使用性能体系和研发高性能的刀具材料是高温合金切削刀具的主要研究方向。     

高温合金的切削加工——刀具材料与PVD涂层

<正>随着航天、航空及国防工业的发展,高温合金的应用越来越多,因此也对高温合金的加工提出了更高的要求。高温合金切削加工的主要难点有:(1)切削力大,一般为钢材的1.5~2倍;(2)切削温度高,最高可达1 000℃左右,刀具易产生磨损。高温合金本身的强度高,切削力大,消耗功率多,产生热量大,而导热系数小,仅为45钢的1/4~1/3,故切削区的温度高;(3)材料中金属化合物和硬质点较多,刀具易崩刃;(4)加工硬化现象严重,已加工表面硬化程度可达基体的1.5~2倍。     

中科院宁波材料所在硬质防护涂层研究方面取得进展

正以三元TiAlN为代表的TiN基刀具防护涂层,由于具有硬度高、抗氧化好、高温时效硬化等优点,一直是国内外刀具涂层的主流产品。但是,该类涂层在切削时,由于摩擦系数较大,导致切削力大、切削温度高,工件表面光洁度差,不利于难加工材料(如钛、镍合金等)的切削加工或是普通材料的干式切削。近年来,VN基涂层由于具有显著的中高温自润滑能力,被广泛地引入到多元氮化物涂层(TiAlVN、AlCrVN)及纳米叠层式涂层(TiAlN/VN),获得了较好的     

不同PCBN刀具车削硼铸铁的对比研究

使用不同的立方氮化硼刀具材料(PCBN)和刀具结构,在相同加工参数下,对硼铸铁进行切削加工试验,并对比其加工效果。结果表明:同粗粒度的PCBN刀具相比,细粒度的PCBN刀具加工所得的工件表面粗糙度较低,且刀具本身的耐磨性较高;在切削过程中,随着进给量的增大,工件表面粗糙度也增大;PCBN刀具的负倒棱宽度对加工硼铸铁的切削温度和后刀面磨损有较大影响,负倒棱宽度增加,切削温度和刀具磨损增加,而倒棱角度对刀具和切削过程影响有限。     

新型刀具材料与切削工艺的变革

本文采用大量的数据,对采用新型刀具材料及传统刀具材料时切削加工效率、质量及刀具寿命等技术与经济问题进行了对比分析,说明了新型刀具材料必然要取代传统刀具材料。新型刀具材料的应用将促进机床制造技术的不断革新、切削加工工艺的相互替代及切削加工工艺流程的变革。刀具材料的发展方向是:(1)开发含有氮化物的新型刀具材料;(2)发展涂层刀具;(3)改善刀具基体,采用细晶粒硬质合金来提高刀刃强度。高速—精密切削加工技术是切削加工技术发展的必须趋势。图2幅。     

低温CO2辅助PCD刀具硬车削轴承套圈的装置及试验研究

目的 降低PCD刀具硬车削轴承套圈时的刀具磨损。方法 采用低温二氧化碳内冷辅助PCD刀具切削来抑制刀具磨损。搭建低温二氧化碳冷却装置,开展液态二氧化碳的冷却试验,分析二氧化碳的冷却规律;开展低温切削试验,通过人工热电偶测温法对参考切削温度进行测量,并且研究不同入口压强参数下轴承套圈的表面粗糙度和刀具磨损变化情况,验证低温二氧化碳冷却辅助PCD切削轴承套圈的有效性。结果 二氧化碳在恒定压力(1.2 MPa)下的冷却规律可以分成起始、稳定、失效3个阶段,稳定阶段的流量大小为1000g/min,冷却温度可以保持在-59℃不变。二氧化碳在不同入口压力(0.8～1.4MPa)下冷却时,入口压力越小,冷却温度越低。在不同入口压力(0.8～1.4 MPa)下进行低温切削,0.8、1、1.2、1.4 MPa时的最大参考切削温度分别为-41、-28、-30、-28℃,加工表面的粗糙度值分别为0.071、0.074、0.109、0.129μm,后刀面最大磨损量分别为176.58、171.67、270.26、261.17μm。结论 入口压力为0.8 MPa和1 MPa时,二氧化碳冷却效果较好,无论是参考切削...     

PcBN刀具材料在高速硬态切削中的应用研究

简要介绍了PcBN刀具材料的高压高温烧结制备方法及其物理力学性能特点、高速切削技术与硬态切削技术的特点以及PcBN刀具材料对高速硬态加工的适应性。分析和探讨了高速硬态切削对PcBN材料性能的要求,认为限制PcBN应用于高速硬态切削的主要是其高温力学性能,包括高温强度、高温硬度、高温韧性等。介绍了目前国外高速切削用PcBN材料的研究新进展,列举了PcBN刀具应用于高速硬态加工领域的实例,指出纳米级无任何粘结剂的PcBN刀具材料的开发与应用对推动我国的高速切削加工技术具有十分重要的意义。     

WC-Co硬质合金刀具材料与钛合金化学匹配性研究

为对硬质合金刀具-钛合金工件材料在切削加工过程中的化学反应情况作出准确判断,采用化学热力学研究了切削过程中化学变化所伴随着的能量变化。本文通过化学热力学原理对WC-Co硬质合金刀具材料与钛合金Ti-6Al-4V的化学匹配性进行了计算,分析判断刀具材料与钛合金材料成分发生化学反应的可能性以及其反应的剧烈程度。研究表明,钛合金化学活性较强,高温下很容易与刀具材料发生反应,且温度越高,反应越剧烈。刀具材料和工件材料化学匹配性研究是切削加工特别是高速切削时刀具材料选择和保护以及刀具磨损机理分析的前提,可为加工钛合金的硬质合金刀具高速切削性能研究提供理论指导和依据。     

高压冷却加工

高压冷却润滑系统可将切削润滑液强制输入到切削刀具的前倾面和倾背面,有效地降低刀具高温区域的温度,达到提高切屑速度,延长刀具寿命和控制切屑成形的目的。通过实例对运用常规冷却法、低压喷射冷却剂法和高压助喷冷却润滑系统的切削效果进行比较。图1幅。     

陶瓷刀具高速干切削加工数值仿真研究

陶瓷刀具在高温作用下会产生自润滑现象,可起到减摩、抗磨作用.论文以Al2O3陶瓷刀具为例,在高温下刀具表面产生自润滑薄膜,利用有限元分析软件DEFORM-3D,建立高速切削AlSI——1045模型,分析Al2O3陶瓷刀具在高速切削加工时,产生自润滑现象所需切削速度,以及在高速切削时,刀具表面的主切削力、应力分布、温度分布和刀具的磨损状态等.研究表明:当切削速度为270m/min,时,刀具表面温度高达842℃,能够产生自润滑现象.     

高温合金Inconel625切削用刀具材料抗氧化性能

通过化学热力学从理论上推导高温合金Incone1625切削用刀具材料在高温下可能发生的氧化反应,选用硬质合金(YG8)、涂层硬质合金和陶瓷3种刀具材料,利用高温加热炉对不同刀具材料进行抗氧化实验,并对高温氧化产物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析。结果表明:在高温氧化试验中,YG8和涂层硬质合金的刀具材料中的WC和Co部分被氧化成WO_3、Co_3O_4,且随着温度的升高,氧化反应更加剧烈;而陶瓷刀具中只有TiC被氧化成了TiO_2,表现出较好的抗氧化性能;3种刀具材料的抗氧化性的顺序为:陶瓷刀具涂层硬质合金YG8。     

刀具材料与工件材料的元素扩散检测研究

高速切削加工已经成为切削加工的主流,但在高速切削加工时,刀具的扩散磨损加剧.由于在实际加工中很难对刀具的扩散磨损进行深入研究,文章采用刀具材料与工件的静态扩散实验装置,利用带能谱分析的扫描电子显微镜,对刀具材料(YG6)和钛合金工件(Ti-6Al-4V)的静态扩散试样进行了分析.分析表明,YG6和Ti-6Al-4V之间确实可以发生元素的相互扩散.分析的结果可以对切削加工过程中刀具的扩散磨损研究提供帮助.     

基于静电冷却系统的干式镗削加工分析

静电冷却干式切削技术具有资源易取、成本低廉、低能环保等优势,在某些切削领域正逐渐代替切削液的使用。以镗削加工为例,设计搭建出静电冷却干式切削加工实验平台。经过一系列的加工对比实验及DEFORM有限元工艺分析,得到镗削加工过程中切削力、切削温度、刀具磨损等相关数据。结果表明:在镗削过程中与纯干式切削相比采用静电冷却技术可显著降低切削力及切削温度,提高刀具使用寿命,并且基本达到了湿式镗削加工的标准;在镗削加工中采用静电冷却干式切削的新型工艺可以替代切削液的使用而投入到实际加工生产中。     

PCD和CVD金刚石刀具切削性能对比及失效机理初探

通过切削实验,观察切削前后刀具的表面和刃口形貌、金刚石刀片组成成分、以及被加工工件表面粗糙度,比较两种刀具的切削性能,探讨其失效机理。结果表明:在同等条件下,CVD金刚石刀具的切削性能要明显优于PCD刀具。在车削过程中,PCD刀具的失效机理主要是结合剂与被加工材料中化学成分发生化学反应使结合剂流失,导致刀具结构疏松,从而导致磨粒团脱落。CVD刀具的失效机理为产生变质层磨损。切削过程中随着加工时间的进一步延长,切削区温度不断升高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成变质层,从而带来切削过程中刀具的磨损;同时高温状态下CVD金刚石的晶界疲劳破坏,也可能会造成CVD金刚石刀具的磨损失效。     

CFRP切削加工中刀具磨损研究进展

从不同类基体材料的未涂层、涂层刀具2个方面,综述了CFRP切削加工用刀具的磨损部位及形式。现有研究均以宏、微观实验观测为主,宏观上,磨损位置以后刀面磨损及切削刃钝化最为常见;微观上表现为纤维硬质点与刀具间摩擦所致的磨粒磨损,随着切削温度、速度的提高,同时伴有粘着、氧化磨损。整体来说,金刚石类刀具耐磨性表现最佳,尤其适用于连续切削加工的场合。高强、高硬纤维高频刮擦作用下的磨粒、疲劳磨损仍是该类刀具磨损的主要威胁。当前所采用的辅助工艺(冷却气体、微量润滑、超声振动等)、涂层材料改性、微结构等方法,在一定程度上改善了摩擦条件,抑制了刀具磨损,但仍难以满足CFRP连续高质高效加工需求。可见,如何从微纳观多尺度方向深入研究金刚石类刀具的磨损机理及抑制策略,是CFRP高质高效加工的亟需。     

数控铣高效加工的应用

高效加工(Volumill)是一种近年兴起的一种新的加工方式,采用优化过的刀具路径,能充分利用刀具切削刃长度,实现高速切削。通过引进高效加工技术,经过2年的摸索,结合公司实际情况,摸索出一整套高效加工的经验,使数控铣粗加工效率大幅提高,不但提高了加工效率,而且提高刀具使用寿命,降低机床磨损,解决了难加工材料(镍基高温合金,钛合金,铁钴镍合金,不锈钢等)加工效率低的问题。     

微细铣削中切削条件对刀具磨损影响的试验研究

在微细铣削加工中,刀具易发生磨损失去切削能力,这严重影响了工件加工质量和效率。文章研究了微细铣削黄铜H59时,4种不同的切削条件(干切削、浇灌润滑、微量润滑MQL、-5℃低温气体冷却)对刀具磨损、切削力和表面粗糙度Ra的影响规律,并分析评价出了能够减少刀具磨损,保证加工质量的最佳切削条件。试验结果表明:不同的评判指标下,4种切削条件的优劣次序不完全相同;微细铣削中借助切削力与表面粗糙度Ra的变化趋势可以辅助判断刀具磨损情况;所用4种切削条件中,微量润滑条件特别适合高质量的黄铜材料微细铣削加工。该研究对于微细铣削不同材料时切削条件的选择具有实际的指导意义。     

螺旋槽铣削加工过程中油气冷却技术的应用研究

为了降低螺旋槽铣削加工过程中切削温度,分析油气冷却技术的作用机制,通过传统浇注式冷却与油气冷却的对比试验表明:在螺旋槽铣削加工中应用油气冷却技术,对降低切削温度、延长刀具寿命、提高螺杆表面加工质量、降低加工成本等具有重要意义。     

K4169合金的外圆高效车削刀具磨损研究

针对某种材料为K4169的高温合金开展高效切削技术研究,研究主要内容为针对外圆切削的加工方法,通过工艺试验,考核刀具寿命,达到在不降低现有刀具耐用度条件下,提高加工效率不低于20%。利用硬质合金刀具(IC907伊斯卡WNMG080404)和晶须增韧型陶瓷刀具(绿叶WG300CNGA434)对K4169镍基高温合金进行高效切削技术研究,通过采用外圆车削加工方法,以工件表面粗糙度及后刀面磨损量对两种刀具的加工效率和刀具寿命进行评价,试验结果表明:涂层硬质合金刀具的磨损速主要是刀尖磨损和后刀面磨损,陶瓷刀具磨损主要是沟槽磨损和刀刃微崩刃;陶瓷刀具的金属切除率比涂层硬质合金切除率高近3倍,金属切除量高约10%。     

高温合金Inconel625切削用刀具材料抗氧化性能研究

通过化学热力学从理论上推导高温合金Inconel625切削用刀具材料在高温下可能发生的氧化反应,选用硬质合金(YG8)、涂层硬质合金和陶瓷三种刀具材料,利用高温加热炉对不同刀具材料进行抗氧化实验,并对高温氧化产物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析。结果表明: 在高温氧化试验中,YG8和涂层硬质合金的刀具材料中的WC和Co部分被氧化成WO₃、Co₃O₄,且随着温度的升高,氧化反应更加剧烈;而陶瓷刀具中只有TiC被氧化成了TiO₂,表现出较好的抗氧化性能;三种刀具材料的抗氧化性的顺序为：陶瓷刀具＞涂层硬质合金＞YG8。