镍基高温合金高速切削加工性

镍基高温合金具有优良的高温强度以及良好的热稳定性和抗热疲劳性能,广泛应用于航空发动机、燃气涡轮机等领域。但其可加工性极差,切削过程中刀具迅速磨损,加工效率较低。本文介绍了镍基高温合金高速切削加工性的研究进展,重点阐述了适宜高速切削镍基高温合金的陶瓷和PCBN刀具及加工参数,并总结了切削过程中刀具的失效形式和磨损机理,以及利用辅助加工方法等实现陶瓷刀具对镍基高温合金精加工的可能性。为高速切削镍基高温合金加工刀具的快速选择及加工工艺的改进提供了参考。     

PCBN刀具切削堆焊钴基合金的试验研究

采用PCBN刀具对堆焊钴基高温合金层进行切削试验,研究不同的切削用量和刀尖圆弧半径对表面粗糙度和切削力的影响规律,并采用离差分析法对其影响程度进行评估。试验结果及分析表明:切削加工堆焊钴基合金时,切削力和表面粗糙度的部分变化规律有别于传统切削理论,这是因为钴基堆焊合金特有的物理机械性能、堆焊层组织状态、PCBN刀具的性能特点及所选取的几何参数使切削区域材料性能变化和刀具磨损特征不同于传统切削理论所致。试验获得的表面粗糙度值较小,符合以车代磨的加工工艺要求。由离差分析结果可知,进给量对表面粗糙度、主切削力和背向力影响最大,背吃刀量对进给力的影响最大。     

PCBN刀具切削高温合金锯齿形切屑形成机理

高温合金被广泛的应用于航空航天工业中,它是一种典型的难加工材料,切削过程刀具磨损严重。PCBN刀具作为一种超硬刀具材料在加工高温合金方面具有较大潜能,但由于PCBN刀具没有断屑槽,故断屑困难。因此研究切削参数以及刀具磨损对切屑形成的影响规律对推进PCBN刀具的应用具有重要的意义。通过试验研究切削参数和刀具磨损对切削力、切屑宏观状态和切屑微观参数(切屑剪切角、切屑厚度、齿高和齿间角)的影响规律。试验结果表明:当切削速度为97 m/min,切削深度为0.1 mm,进给量为0.14 mm/r时,切屑的宏观状态最佳。并根据试验结果,确定了绝热剪切带的位置和两个切屑锯齿形成的关系,进而建立了PCBN刀具切削高温合金GH4169的锯齿形切屑的形成机理模型:当刀具运动到某一点开始出现绝热剪切带,继续运动到下一点,形成一个锯齿,继续运动将出现下一个剪切失稳。     

绿色加工中刀具磨损对表面粗糙度影响的研究

在切削镍基高温合金材料过程中,由于不稳定因素造成已加工表面粗糙度很难控制,尤其是刀具磨损直接影响着表面粗糙度。通过对冷风油雾、冷风和常温油雾等不同冷却切削条件下刀具磨损和工件表面粗糙度微观形貌的实验,研究了高速切削镍基高温合金材料时,在不同冷却切削条件下刀具磨损对工件表面粗糙度的影响,揭示了用冷风高速切削提高表面加工质量的规律。     

CBN刀具材料的发展及其切削性能研究进展

主要介绍了多晶CBN(PCBN)材料的发展现状和前景以及作为刀具材料的机械性能和切削性能,包括PCBN材料的硬度和横向断裂强度,以及在切削加工中的刀具磨损、切削力和加工工件表面粗糙度。研究发现,切削速度对PCBN刀具切削加工性能的影响较大,其次是刀尖钝圆半径。新型无结合剂PCBN刀具材料的切削性能优于含结合剂的普通PCBN,其切削过程受工艺参数影响较小,刀具磨损和切削力也相对较小,从而能够得到精度更高的加工表面。此外,对PCBN刀具在黑色金属超精密加工中的已有研究结果及发展方向进行了分析。     

石墨烯纳米流体微量润滑车削GH4169镍基高温合金时刀具的磨损规律

纳米流体微量润滑是一种新型的微量润滑增效技术,为探究其应用于难加工材料GH4169镍基高温合金时刀具磨损的变化规律,分别在干切削、微量润滑和纳米流体微量润滑三种条件下进行GH4169镍基高温合金车削加工试验,比较其切削力、切削温度以及刀具磨损的差异。通过切削试验发现,纳米流体微量润滑技术能够有效降低切削加工过程中的切削力、切削温度以及刀具的磨损程度,相比于干切削加工,纳米流体微量润滑条件下的切削力、切削温度和刀具的磨损程度分别降低21.9%,24.7%,15.9%。     

PCBN刀具磨损对切削过程影响的有限元仿真研究

在实际切削加工中,随着切削的进行,刀具的磨损会越来越严重,这种磨损会严重影响切削过程,对切削力、切削温度等影响极大。本文通过有限元仿真软件ABAQUS模拟了不同磨损程度的PCBN刀具切削高强度钢Cr12Mo V的过程,揭示出了刀具磨损量对切削过程的影响规律,并通过试验进行了验证。     

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。     

GH4169和K4169切削加工性能对比研究

GH4169与K4169分属变形镍基高温合金和铸造镍基高温合金，具有不同的成型工艺和热处理状态。开展了非涂层硬质合金刀具干切削GH4169和K4169的对比试验，从切削力、刀具磨损方面揭示了两种材料加工性能的差异，从力学性能及显微组织两方面解释了差异产生的原因。结果表明，试验各组参数下，两种材料切削力无显著差别；随着切削速度和进给量的增加，切削GH4169时刀具磨损形式由刀尖磨损过渡到后刀面均匀磨损最后转变成沟槽磨损，切削K4169时刀具失效形式主要为后刀面均匀磨损和沟槽磨损，并未出现严重的刀尖磨损，K4169组织中的C化物等硬质点是导致其切削力波动较大及刀具产生沟槽磨损的主要原因。     

PCBN刀具在硬态切削中的应用研究现状

发展高精度数控机床、引入新兴超硬刀具材料,是硬态切削技术能够在机械加工业中得到有效应用的关键,硬态切削的优越性使得淬硬钢精加工可实现"以车代磨"。本文主要介绍了聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的性能特点,以及PCBN刀具在硬态切削中的有限元仿真、几何参数的优选、切削力影响和刀具磨损等近年来的研究。     

深冷处理对PCBN刀具切削性能的影响研究

针对PCBN刀具在硬切削加工中磨损严重、切削寿命短的问题,开展了PCBN刀具深冷处理试验和经深冷处理的PCBN刀具高速硬车削AISI 4340钢的试验,研究深冷处理对PCBN刀具表面完整性（包括微观形貌、粗糙度、显微硬度和残余应力）及切削性能的影响规律,探究提高PCBN刀具耐磨性和刀具寿命的方法。研究结果表明,经过深冷处理之后,刀具表面缩松缩孔等缺陷明显减少甚至消失,表面形貌得到改善,但刀具表面粗糙度增大;刀具表面显微硬度、残余应力均得到提高;表面形貌和表面残余应力对刀具寿命影响较大,其次是表面显微硬度,表面粗糙度对刀具寿命影响较小。深冷处理后,刀具黏结、氧化磨损减少,刀具寿命较未处理刀具提高24.78%,可见,深冷处理可有效改善PCBN刀具表面完整性,从而提高刀具寿命。     

PCBN刀具切削镍基高温合金刀具磨损的试验研究

通过PCBN刀具对镍基高温合金GH4169进行了车削试验,深入研究了切削时的刀具磨损形态及磨损原因,得出如下结论:通过试验观察看出刀具的磨损形态有前刀面磨损、后刀面磨损、沟槽磨损和刀具破损。其中沟槽磨损最为显著,是刀具失效的主要原因。沟槽磨损的产生原因主要有粘结磨损、扩散磨损和塑性侧流产生的切屑毛刺划擦作用,其中粘结磨损为磨损前期的主要原因,而扩散磨损是磨损后期的主要原因。     

PCBN刀具断续干式切削淬硬钢Cr12MoV切削力研究

基于正交试验设计,使用PCBN刀具进行断续干式车削淬硬工具钢Cr12MoV试验,测得在不同切削参数下的切削力.运用极差分析与方差分析方法,研究各切削参数对断续切削时瞬态冲击力与准静态切削力的影响.应用SPSS软件对准静态切削力进行分析,得出准静态切削力的经验公式.研究结果表明：断续切削方式下,在切削参数中,背吃刀量对瞬态冲击力有显著影响,切削速度和背吃刀量均对准静态切削力影响较大;经验公式对准静态切削力的预测平均误差约为6.3％.     

PCBN刀具高速切削抗氢钢HR-2的性能研究

采用不同CBN含量和晶粒结构的PCBN刀具,在不同切削速度下进行了HR-2抗氢钢的高速精密切削试验。通过对PCBN刀具前、后刀面的显微形貌特征进行观测,分析了刀具的失效磨损机理,研究了不同CBN含量及不同切削速度对刀具使用寿命的影响。对刀具磨损的测量结果表明,PCBN刀具高速切削HR-2时,CBN含量高的刀具显示出更长的使用寿命,且在130-200m/min区间为最佳切削速度区域。SEM和EDS分析结果表明,高速精密切削HR-2的磨损机理为氧化磨损、扩散磨损、粘结磨损,同时存在磨粒磨损以及引起的微崩刃现象。     

PCBN刀具负倒棱宽度对磨损的影响分析

使用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具车削V571材质粉末冶金气门座圈,研究负倒棱宽度对刀具磨损的影响规律。采用单因素试验法,在不同PCBN刀具负倒棱宽度下进行切削。结果表明,负倒棱宽度为0.10mm的PCBN刀具有更小的磨损和更长的刀具耐用度。     

基于正交试验的高速切削淬硬模具钢的切削力研究

通过正交设计方案,对淬硬到60HRC的冷作模具钢Cr12MoV进行高速车削切削力试验,分析了切削用量和刀具变量对切削力的影响规律,并建立了切削力的经验公式。得到如下结论:切削用量中,切削速度对切削力影响最小,进给量和背吃刀量对切削力影响较大;三个方向力中,轴向力最小,径向力和主切削力相接近,与常规切削相比,径向力偏大;小刀尖圆弧半径的PCBN刀具是进行高速切削淬硬钢时的理想刀具;经验公式预测值与实测值之间存在约5%-20%的误差。     

硬质合金刀具高速车削钛合金的切削性能研究

采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti-6Al-4V钛合金进行了高速干车削试验,通过对切削过程中切削力、刀具寿命、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具高速干车削钛合金的切削性能,为钛合金高速切削刀具的设计提供了试验依据。     

AN EXPERIMENTAL EVALUATION OF CUTTING TEMPERATURES DURING HIGH SPEED MACHINING OF HARDENED D2 TOOL STEEL

This paper investigates experimentally the effects of different process parameters on the cutting edge temperature during high speed machining of D2 tool steel using polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) tools. The cutting edge temperature is measured using thermocouples. The process parameters considered are cutting speed, feed rate, nose radius, rake angle, and tool wear. The effects of different edge preparations including sharp, honed and chamfered are also investigated. The results show that increasing cutting speed and feed rate increases the cutting temperature while increasing nose radius reduces the cutting edge temperature. In addition, there is an optimum rake angle value at which minimum cutting temperature is generated.     

Al_2O_3-TiC复相陶瓷刀具干切削高强度钢40CrNiMoA的试验研究

用Al2O3-TiC复相陶瓷刀具对高强度钢40CrNiMoA进行了干车削试验,研究分析了精加工条件下不同切削用量对切削力、工件表面质量以及切屑形态和刀具磨损的影响。结果表明用Al2O3-TiC复相陶瓷刀具在较高速度下干车削40CrNiMoA时可获得良好的表面加工质量,并且刀具磨损量较小,可满足40CrNiMoA精加工的要求。