高速铣削刀具磨损研究进展

介绍高速切削的特点、应用现状和加工时刀具遇到的问题,针对刀具磨损机理(刀具材料、切削参数、冷却方式、铣削方式)和刀具磨损监测等方面,综述了近几年高速铣削难加工材料时刀具磨损的研究进展,并对其发展趋势进行了讨论。     

不同介质下高速切削高温合金时刀具磨损的研究

针对在不同的低温冷风方式下高速切削加工高温合金材料时涂层硬质合金刀具和陶瓷刀具磨损的微观形貌,对刀具磨损机理进行研究,揭示低温冷风方式下高速切削时涂层硬质合金刀具和陶瓷刀具磨损的规律。     

涂层刀具磨损对工件表面质量的非线性影响关系

在高速硬态切削过程中,涂层刀具高速切削失效形态分为非正常磨损（破损）与正常磨损两种。刀具非正常磨损失效发生在低速切削时,而高速切削过程中的刀具失效形式倾向于后刀面磨损、边界磨损和切削刃斜面磨损等多种一常磨损彤式的组合。本文通过涂层刀具高速车削45#钢的试验,研究了刀具磨损对工件表面质量的影响。试验表明：提高切削速度,工件已加工表面质量并未随刀具磨损情况加剧而呈线性下降,刀具磨损对已加工表面质量负面影响作用的减轻,使表面质量在一定程度上得到了改善。     

清洁高速硬切削模具钢的仿真与试验研究

高速切削H13淬硬模具钢时刀具寿命短、刀具磨损严重等问题突出。基于清洁切削技术,采用硬质合金涂层刀具进行高速硬切削H13钢的仿真试验,研究干式、清洁切削介质(冷风、低温氮气和液氮)对涂层刀具硬切削性能的影响,探究运用清洁切削技术提升涂层刀具寿命的可行性。研究表明：与干式切削相比,清洁切削介质可以有效地控制切削区域温度,减少刀具磨损,延长刀具寿命;液氮切削时切削合力减少9.8%,切削区域温度下降12.4%,刀具寿命提高55.6%,可获得最好的刀具切削性能。研究可为H13钢的清洁高速硬切削加工提供参考。     

面向21世纪的加工技术

<正> 这是日本一个座谈会上的发言记录,与会专家谈到切削加工、磨削加工、电加工、微细加工等领域如何适应下一个世纪技术发展需要的诸多问题。现将有关切削加工的部分简介如下: (1)21世纪加工技术的特点是高精度比、高技率化、高质量比、微细化和智能比。就切削加工而言,薄膜技术将进一步发展,今后将不是对整个刀具进行镀膜,而只是在刀具的必要部分进行镀膜处理。 (2)切削加工和磨削加工、塑性加工相互交叉,过去需进行磨削加工的高硬度材料加工,将逐渐被切削加工所取代;而一些切削加工的领域,又将引进塑性加工或磨削加工技术。 (3)切削加工中的刀具磨损问题将进一步受到重视,尤其在超精密切削加工中,刀具磨损是一个十分重要的问题。今后可能采取刀具多刃化的途径来减轻刀具磨损的影响,井逐步解决磨损的补偿问题。 (4)切削加工的高速化进展很快,有人曾在1970年前后在车床上进行8000m/min的切削试验,这种速度完全可用于铝合金的切削加工,但对钢类材料却不适用。1980年有人用立铣刀高速切削铝合金获得成功,1990年德国的研究人员对CBN和金刚石刀具高速切削的实用性进行了试验,速度指标是6000m/min,从理论上讲,这种速度是完全可能实现的。到21世纪时,高速切削加工将     

低温冷风高速切削时硬质合金涂层刀具磨损的研究

分别在常温微润滑、低温冷风和低温冷风微润滑条件下高速切削难加工材料,对硬质合金涂层刀具磨损形态、微观形貌进行对比分析,研究绿色制造工艺中低温冷风高速切削加工时硬质合金涂层刀具磨损机理。     

高速切削高碳当量合金灰铸铁制动盘的PCBN刀具磨损分析与工艺改进

采用PCBN刀具对高碳当量合金灰铸铁进行高速切削实验,通过IM3000光学显微镜、LSM700 3D测量激光显微镜、S-4800Ⅱ场发射扫描电镜对产生崩裂破损的刀具进行观察与分析。结果表明：高速切削后PCBN刀具表面同时存在磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损三种磨损形式;高速切削加工含有过多高塑、韧性游离铁素体的制动盘时,刀具前、后刀面黏结物均有增多,导致刀具表面出现严重的黏结磨损,并且伴有大面积切削刃崩刃;恶化的切削条件使得刀具表面过早出现磨损与裂纹,从而在切削时引起刀具振动,最终导致PCBN刀具崩裂破损。为了改善切削加工条件,通过改进刹车盘的铸造工艺减少铁素体数量,改进后的制动盘铸态组织以珠光体为主,有效减少了刀具的崩刃概率,提高了生产效率。     

高速铣削摆线加工的刀具磨损研究

高速铣削加工过程中走刀方式对刀具寿命和零件加工质量有较大影响,对于精密模具用淬硬钢的高速切削方式进行刀具磨损研究具有现实意义。研究摆线走刀方式在不同循环圆半径和轨迹间距下对高速硬铣削淬硬钢时的刀具磨损影响并与行切方式进行对比。设计双因素试验并进行实际加工,建立后刀面磨损量与切削长度及材料去除量的关系曲线;并通过方差及贡献率分析,获得走刀方式和轨迹间距对切削长度、材料去除量和材料去除率的影响程度。结果表明,相同条件下摆线加工的刀具磨损程度低于行切加工,适当增大循环圆半径、减小轨迹间距可控制摆线加工的刀具磨损、增大切削长度和材料去除量。     

考虑电流和振动的涂层铣刀磨损规律实验研究

随着切削技术向着高速、高效和干式加工等方向发展,刀具涂层和切削状态监测技术成为影响切削技术发展的主要因素,研究刀具涂层以及刀具磨损引起的切削状态改变对促进制造业发展具有重要意义。利用铣削实验得到了相同切削条件下,不同涂层的3把硬质合金刀具的加工磨损情况。通过分析各个刀具磨损过程中铣削力信号、主轴电流信号以及切削振动信号的变化,得到了无涂层、Ti Al N涂层以及Al Ti N涂层刀具在切削过程中表现出的磨损规律。结果表明:Al Ti N涂层的耐磨性能更好,3把刀具的主轴电流有效值和切削振动信号质心频率的变化均有效反映了刀具磨损情况。在立铣加工过程中,可以将上述两种特征值用于刀具磨损实时在线监测。     

钛合金高速切削加工试验研究进展

钛合金因优越的性能而被广泛应用于航空航天和武器装备等领域,但由于切削加工性较差,在高速切削中易出现切削力大、切削温度高和刀具磨损严重等问题,因此,学者们针对钛合金高速切削加工进行了大量试验研究.本文对近年来钛合金高速切削领域的国内外研究进展进行了总结,重点分析了在锯齿形切屑、切削力、切削温度、加工表面质量和刀具磨损方面...     

碳纤维增强复合材料高速切削刀具研究现状

综述了碳纤维增强复合材料(CFRP)高速切削刀具的研究现状,重点介绍高速切削CFRP过程中的刀具磨损机理,指出为解决加工中刀具磨损迅速的问题,应合理地选用刀具材料,并且对刀具结构和几何参数进行优化。     

高速铣削近α钛合金的切削温度研究

切削温度不仅直接影响刀具的磨损和耐用度,而且也影响工件的加工精度和已加工表面质量。由于钛合金导热性差和化学亲和性强等原因,通常在其切削加工时切削温度高、刀具磨损严重,致使切削速度难以进一步提高。本文重点对钛合金高速铣削时的切削温度进行试验研究,阐明夹丝半人工热电偶法测温原理和所测热电势信号的物理意义。试验选用了3种不同类型的硬质合金刀具,系统地研究了切削用量、冷却条件及刀具磨损等因素对近α钛合金高速铣削时切削温度的影响。     

碳化钨刀具对Inconel 718合金的高速切削实验研究

利用碳化钨硬质合金刀具对Inconel 718合金进行高速切削,研究单位切削力、工件表面粗糙度、加工表面微观结构和刀具磨损在切削过程中随加工参数的变化,以寻找最佳切削条件,提出适当切削方法克服Inconel 718合金的加工障碍。同时,利用碳化钨刀具替代昂贵的PCD或CBN刀具进行切削,也为高速切削Inconel 718合金提供了较为经济的方案。     

低温喷雾射流冷却高速铣削钛合金加工性能研究

钛合金是一种难加工材料,主要是因切削区温升过高,刀具磨损严重,影响加工表面质量。为了降低切削区温度,提高钛合金的高速切削加工性,采用低温喷雾射流冷却技术,对TC4进行高速铣削加工性能试验。结果表明:相对于低温冷风和MQL,低温喷雾射流冷却具有更强的导热冷却作用,能有效地降低切削温度、减少刀具磨损、改善加工表面粗糙度及切削加工性。用水作为喷雾冷却介质,无毒害作用,是一种绿色制造技术,具有良好的发展前景。     

陶瓷刀具高速车削铸铁切削性能实验研究

针对陶瓷刀具和铸铁材料的切削特点,从切削力、切削温度、表面粗糙度、切屑形态和刀具磨损5个方面进行铸铁高速车削实验研究。首先采用单因素实验,分析切削参数对切削力、切削温度、表面粗糙度的影响,并对切屑形貌进行分析探讨;进而采用正交实验进一步分析切削参数对切削加工性能影响的显著程度,并优选出最佳切削参数;最后在正交实验的基础上,对刀具磨损情况进行分析,证明陶瓷刀具高速车削铸铁的合理性。实验结果为进一步研究铸铁的高效切削、刀具磨损以及切削参数优化、新型陶瓷刀具的开发提供技术支持。     

CVD涂层刀具高速铣削大理石试验

为了探索高速铣削大理石的切削特性,改善大理石加工表面质量,使用CVD氮化钛涂层刀具进行高速铣削大理石试验。通过显微镜观测刀具磨损表面,并采用网格法计算出刀具磨损面积,探讨切削参数的改变与刀具磨损情况的关系;利用粗糙度测试仪检测大理石加工表面粗糙度,研究切削参数对大理石加工表面质量的影响。最终得到刀具磨损量和大理石表面粗糙度均与切削速度负相关,与进给速度和切削深度正相关。试验结果表明:所建立的数学模型显著性很高,能够较准确地揭示刀具磨损量和大理石表面粗糙度与切削参数间的关系,为合理选择切削参数以提高大理石加工表面质量提供了一定理论基础。     

整体PCBN刀具在高速重度断续切削端盖中的应用

对硬质合金刀具和整体PCBN刀具高速重度断续切削多回转阀门执行器用方形铸铁端盖时的刀面磨损和切削性能进行了对比试验。根据试验结果并结合目前高速重度断续切削加工中存在的问题,确定选择整体PCBN刀具作为重度断续高速切削方形铸铁端盖的切削工具。最终加工实例验证了整体PCBN刀片在提高刀具使用寿命和切削效率方面的优良特性。     

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明：合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。     

高速切削温度动态变化规律的数值模拟

切削温度与刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度密切相关,其变化规律反映出高速切削过程本质的重要方面。本文应用数值模拟,对高速切削加工过程中切屑、工件和刀具三方面的温度随切削速度、进给量、切削深度的动态变化进行了研究,探讨了其变化规律,其结论有助于优化高速切削工艺及建立高速切削数据库。     

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。