刃口钝化对PCD刀具铣削钛合金表面粗糙度与刀具寿命的影响

本文通过4种钝化值PCD刀具在不同切削参数下铣削钛合金试验,研究了刃口钝化对工件表面粗糙度与刀具寿命的影响。试验中使用触针式表面粗糙度仪检测工件表面粗糙度值,利用超景深显微镜观察刀具刃口磨损状况,并以刀具后刀面磨损量大于0.2 mm或刃口崩缺时的切削距离表示刀具寿命。结果表明:钝化PCD刀具铣削钛合金表面粗糙度大于未钝化PCD刀具,表面粗糙度随钝化值增大而增大;钝化PCD刀具铣削钛合金刀具寿命高于未钝化PCD刀具,刀具寿命随钝化值增大呈先提高后降低的趋势,当钝化值为15μm时,刀具寿命最高。     

聚晶金刚石微细球头铣刀刃磨工艺参数优化

针对直径为0.5 mm的聚晶金刚石(PCD)微细球头铣刀刃磨质量控制问题,基于六轴数控刀具磨床几何运动原理,建立PCD微细球头铣刀的砂轮刃磨运动数学模型,开展PCD刀具精密刃磨正交试验,研究刃磨工艺参数对主轴负载率、刀具前刀面表面粗糙度、刀具刃口钝圆半径的影响规律。结果表明:磨削速度对主轴负载率以及刀具前刀面表面粗糙度的影响最为显著,提高磨削速度有利于获得较好的刀面质量;磨削深度对刃口钝圆半径的影响最为显著,减小磨削深度有利于获得锋利的刃口形状。通过合理选择刃磨工艺,PCD微细铣刀直径误差小于4.0 μm,刀具钝圆半径为4.5 μm,刀具角度误差小于1°,无明显刃磨损伤缺陷。      

龙泉刀剑品质提升技术研究

对具有2 500多年历史的我国著名传统工艺品龙泉刀剑进行品质提升技术研究,从术语定义、产品分类、原材料要求、外观质量、尺寸偏差、表面粗糙度、刃口硬度、锋利度、剑身与剑柄结合强度、剑鞘含水率等几个技术参数进行规范性测试研究,以提升龙泉刀剑的产品品质。     

机械研磨单晶金刚石刀具前刀面精度

为提高金刚石刀具的精度,理论分析机械研磨法加工金刚石前刀面的模型,并实验研究研磨盘表面质量和研磨晶向对金刚石刀具前刀面粗糙度的影响。结果表明:研磨盘经过充分平整后,刀具前刀面的粗糙度R_a由1.308 nm下降到0.920 nm。在(110)晶面精细研磨时,<100>晶向研磨后的表面粗糙度为0.540 nm,<110>晶向研磨后的表面粗糙度为0.430 nm,实现了对金刚石刀具的精密研磨。      

砂轮刚性对磨削性能及产品加工质量的影响

通过测量不同砂轮磨削时机床功率、磨削区温度、刀具的表面粗糙度和刃口质量,分析砂轮刚性改变对砂轮磨削性能和刀具质量的影响。研究发现:在一定范围内降低砂轮的刚性可以提高砂轮的磨削性能,改善刀具的加工质量。其中,加入体积分数10%的尼龙制备的砂轮对其刚性改善比较明显,在相同的磨削条件下,其磨削区的平均温度较普通砂轮磨削区的平均温度低50℃左右;累计磨削相同工件后,机床负载约为使用普通砂轮时的30%~50%;磨削得到的刀具表面粗糙度降低,可以达到R_a0.02μm以下,且磨削纹路规则;在×500倍显微镜下,观察不到刀具崩刃等缺陷,刃口质量得到明显改善。      

3C产品铝合金外壳精饰表面切削加工技术研究

3C产品对精饰铝合金外壳切削加工表面质量有很高要求,主要量化指标就是表面粗糙度。采用PCD铣刀切削加工3C产品铝合金外壳精饰表面,对刀具刃口质量、几何参数和切削参数进行优化,尤其是严格控制刃口质量,可加工出表面质量高的3C产品铝合金外壳。     

硬质合金数控刀片刃口及表面强化处理工艺研究

刃口和表面强化处理是制备涂层硬质合金数控刀片必不可少的工序。本文主要研究毛刷钝化抛光法和湿喷砂法对数控刀片刃口和表面强化处理的工艺效果。分别采用两种方法对同一型号硬质合金数控刀片进行处理,使刀片刃口尺寸结构相同。采用相关检测设备观察刀片刃口和表面形貌,检测处理后的刀片刃口粗糙度、表面粗糙度和表面残余应力,并通过切削实验对比刀片刃口强度和耐用度。结果表明:毛刷钝化抛光法比湿喷砂法处理的硬质合金数控刀片刃口粗糙度小;湿喷砂法比毛刷钝化抛光法处理的硬质合金数控刀片表面粗糙度更小,表面形貌更加均匀,表面残余应力更大;湿喷砂法相比毛刷钝化抛光法处理的硬质合金刀片刃口强度提高47%,刀片耐用度提高28%。     

聚晶金刚石刀具研磨质量及去除机理研究

针对聚晶金刚石（PCD）刀具的研磨质量问题,选择刃口钝圆半径、刃口缺陷度、后刀面粗糙度作为评价指标进行工艺参数的优化试验,并分析PCD的研磨去除机理。结果表明:工作台调定压力对刃口钝圆半径影响最显著;金刚石砂轮对刃口缺陷度影响最显著;砂轮转速对后刀面粗糙度影响最显著。选择4/5陶瓷基金刚石砂轮、1 000 r/min砂轮转速、170 N工作台调定压力可以获得研磨质量较高的PCD刀具。试验条件下,PCD的主要去除方式为划擦作用与微细破碎。1 000 r/min砂轮转速、170 N工作台调定压力下的微细破碎在保证较小刃口钝圆半径与刃口缺陷度的同时,可以获得相对平整的PCD表面。      

CVD金刚石厚膜刀具刃口半径研磨的实验研究

CVD金刚石膜具有与单晶金刚石相近的力学性能,是一种理想的高精度刀具材料.研磨是制作CVD金刚石厚膜高精度刀具的关键环节之一.本文针对与刀具刃口半径紧密相关的研磨工艺进行了一些研究工作.实验结果表明:研磨盘端面跳动控制在10 μm以内,动态不平衡度控制在0.3 g.mm/kg以内,选择1 μm以下的研磨粉粒度,研磨速度控制在20～30 m/s范围,金刚石厚膜刀具刃口半径可达80 nm,圆弧轮廓精度可以控制在0.5 μm左右;车削加工LY12外圆和端面,表面粗糙度可达Ra 0.02 μm,达到镜面效果,可以替代同等精度的单晶金刚石刀具.     

刀具几何参数对金属钛纳米切削影响的分子动力学研究

基于分子动力学的基本原理,构建了钛的纳米切削分子动力学仿真模型。工件原子间采用嵌入原子势EAM（Embedded atom method）,工件原子与刀具原子间采用Morse势函数,研究了在不同刃口半径和刀具前角条件下,钛纳米切削过程中工件形态、系统势能、切削力以及工件温度等的变化规律。结果表明：随着刀具刃口半径增大,加工表面粗糙度增加,切削力和工件温度降低,切屑变薄;当刀具前角由负值增加到正值,钛工件承受的压应力逐渐变为剪应力,正前角刀具更有利于切削,同时在不同的刀具前角下,切向力和法向力的大小也有显著变化。     

The ultimate sharpness of single-crystal diamond cutting tools—Part I: Theoretical analyses and predictions

In this paper, the brittle–ductile transition lapping mechanism is presented for mechanical lapping of single-crystal diamond cutting tools. The calculated critical depths of cut for controlling brittle–ductile transition in different orientations and on different planes are used to direct tool lapping and deduce the dynamic micro-mechanical strengths (such as tensile, shearing and compressive strengths) of diamond cutting tools, while in the tool fabrication. The investigation illustrates that the dynamic micro-mechanical strengths have great anisotropy, and the strengths in the ‘soft’ direction are all less than those in the ‘hard’ direction on any crystal plane. The lapping of designed cutting tools, oriented (1 1 0)–(1 0 0) and (1 0 0)–(1 0 0) as tool rake and flank faces respectively, is carried out in ductile mode based on the optimal lapping parameters as selected. Both atomic force microscope (AFM) and scanning electron microscope (SEM) measurements results show that the lapping quality of diamond cutting tools is much improved with the proposed lapping approach. The surface roughness on the tool rake face is 0.8 nm (Ra) and lapped cutting edge radius is 35–50 nm as achieved when (1 1 0)–(1 0 0) orientations are selected as rake and flank faces; and the rake face surface roughness is 0.7 nm (Ra) and lapped cutting edge radius is 30–40 nm as the rake and flank faces oriented with (1 0 0)–(1 0 0) combination. Theoretical analyses of the dynamic impact effects on the cutting edge radius are undertaken to predict their ultimate cutting edge radii. Theoretical calculations indicate that the extreme cutting edge radius can be sharpened down to 1–6 nm of the (1 1 0)–(1 0 0) oriented tools, and 2–5 nm for the (1 0 0)–(1 0 0) oriented cutting tools.     

The basic issues in design and fabrication of diamond-cutting tools for ultra-precision and nanometric machining

Single-crystal diamond is considered as the preferred tool material in ultra-precision and nanometric cutting operation. Due to the well known and exceptional difficulty in shaping, the fabrication of diamond-cutting tools requires special processing methods. As a highly efficient and cost-effective solution, the mechanical lapping process has been extensively applied in tool-making industry. And therefore in this paper, the key enabling technologies to design and fabricate the diamond-cutting tools for ultra-precision and nanometric machining are presented and reviewed. The paper covers the mechanical lapping process, including the lapping machine, lapping mechanism and micro-mechanical strengths of the diamond crystal, optimization of lapping parameters, tool design criterions, ultimate sharpness as well as the evaluation of edge quality.     

单晶SiC基片的铜基研磨盘加工特性研究!

采用铜基螺旋槽研磨盘对6H-SiC单晶基片的Si面和C面进行了单面研磨加工,研究研磨压力、研磨盘转速和金刚石磨粒尺寸对SiC基片材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明,单晶SiC的C面和Si面具有明显的差异性,C面更易加工,其材料去除率比Si面大。研磨压力是影响材料去除率和表面粗糙度的主要原因,研磨压力越大,材料去除率越高,但同时表面粗糙度变大,较大的研磨压力会导致划痕的产生。在达到最佳表面粗糙度时,C面加工所需的转速比Si面大。磨粒团聚会严重影响加工表面质量,采用粒度尺寸3 μm的金刚石磨料比采用粒度尺寸1 μm的金刚石效果好,经粒度尺寸3 μm的金刚石磨料研磨加工5 min后,Si面从原始粗糙度R_a 130 nm下降到R_a 5.20 nm,C面下降到R_a 5.49 nm,表面质量较好。      

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

天然金刚石刀具前刀面的表面粗糙度控制技术

介绍了金刚石刀具的发展和技术特点,设计了一种天然金刚石刀具前刀面表面粗糙度修磨控制方法,并通过工艺实验完成了对金刚石刀具的修磨。结果表明:验证了(100)面的金刚石的难磨方向,沿此方向加工后金刚石的表面粗糙度值较低、磨削热较多;易磨方向表面粗糙度较差、磨削热较少。优化修磨角度修磨后,金刚石刀具前刀面表面粗糙度R_a值可达0.3 nm,将其应用在超精密切削中效果良好。      

金刚石涂层刀具加工石墨的切削性能

为充分对比不同类型金刚石涂层刀具的切削性能,定制几种不同类型金刚石涂层刀具进行等静压石墨切削加工,并与WC硬质合金刀具和TiAlN涂层刀具的切削情况对比,分析不同类型金刚石涂层刀具的涂层形貌、切削寿命、加工后的表面质量以及切削力。结果表明:制备的金刚石涂层刀具的涂层形貌主要为纳米晶和微晶,其寿命是硬质合金和TiAlN涂层刀具的10倍以上,且几种不同类型的金刚石涂层刀具寿命差异较小;金刚石涂层表面的晶粒细化可以降低加工表面的粗糙度和切削力,涂层脱落是金刚石刀具的主要磨损形式。      

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。