润滑方式对高速铣削淬硬钢的影响

使用TiSiN和TiAlN涂层刀具在3种不同冷却润滑方式下,在高速加工中心上采用固定的切削工艺参数,对淬硬钢SKD11(HRC 62)进行切削试验,研究加工工件的表面粗糙度、切削力、刀具磨损及切屑形态的不同.结果 表明:TiSiN涂层铣刀相对于TiAlN涂层能更好地降低已加工面的表面粗糙度,减小切削力,降低刀具的磨损;在微量润滑(MQL)方式下,已加工面的表面粗糙度值低于干切削和冷风切削条件;在减小切削力、降低刀具磨损、改善切屑形态方面,冷风切削的效果优于干切削,MQL润滑方式增大了刀具切削力.     

基于原子沉积法的纳米Al2O3涂层微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数研究

采用原子沉积法(Atomic Layer Deposition,ALD)分别在点状微织构和条状微织构YT5硬质合金刀具(微织构刀具)上制备了纳米Al_2O_3涂层,通过直角切削实验研究了纳米Al_2O_3涂层对微织构刀具刀-屑界面间摩擦系数的影响,并将纳米Al_2O_3涂层微织构刀具与微织构刀具、YT5硬质合金刀具进行对比。结果表明,微织构能降低刀具刀-屑界面间的摩擦系数;纳米Al_2O_3涂层能进一步降低微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,其中厚度为100 nm的Al_2O_3涂层微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数最小,当点状微织构间距为0.15 mm时摩擦系数值最优,当条状微织构方向垂直于主切削刃时摩擦系数值最优;刀具刀-屑界面间的摩擦系数随着切削速度的增加而增大。纳米Al_2O_3涂层与微织构相结合将刀-屑界面间的摩擦由滑动摩擦转变为滑动-滚动复合摩擦的形式,降低了微织构刀具刀-屑界面间的摩擦系数,改善了摩擦性能,有利于提高刀具耐用度。     

TiAlN涂层含Al量对力学性能和摩擦性能的影响

利用UMT-2高温摩擦磨损试验机、结合MFT-4000型多功能表面性能试验仪对比研究不同含Al量TiAlN涂层PVD涂层力学性能和加工汽轮机不锈钢材料的摩擦性能。结果表明,Al含量高的AlTiN涂层的抗剪和抗压强度均和整体力学性能比Al含量低的TiAlN涂层好;在摩擦过程中,TiAlN涂层不平稳,AlTiN摩擦过程平稳,摩擦系数低;切削试验表明Al含量高的AlTiN涂层更适于加工汽轮机不锈钢材料。     

清洁切削高温合金涂层刀具切削性能及加工表面完整性

针对高温合金高速干切削刀具磨损严重、加工表面质量差等突出问题,基于清洁切削技术,采用硬质合金涂层刀具进行高速铣削高温合金GH2132试验,研究干式切削、液氮不同喷射温度对涂层刀具切削性能以及加工表面完整性的影响规律,探究运用清洁切削高温合金来延长涂层刀具寿命和提高加工表面质量的可行性。研究表明：液氮低温切削GH2132时的切削合力随喷射温度的降低而增大,切削区温度在-150～-190℃喷射时已完全处于低温状态;随着液氮喷射温度的降低,刀具涂层剥落面积明显减小,且降低了黏结磨损和氧化磨损,在-150℃喷射条件下可获得较长的刀具寿命;加工表面粗糙度S_a在-30～-150℃喷射条件下获得较小值,随喷射温度的降低,加工硬化和残余拉应力分别增大和减小;与干式切削相比,液氮切削喷射温度在-150～-190℃下可显著延长涂层刀具寿命并提高加工表面质量。     

硬质合金涂层刀具车削钛合金TA15的磨损研究及切削参数优选

刀具磨损剧烈是钛合金切削中的突出问题,探求刀具磨损的本质对于提高加工质量和效率、降低成本具有重要意义。本文采用Al Ti N涂层硬质合金刀具对钛合金TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)进行车削试验,利用激光共聚焦显微镜观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理及磨损形式进行了分析,并根据刀具磨损状态进行了切削参数优选。研究结果表明:涂层硬质合金刀具切削TA15时,刀具失效形式主要为涂层剥落、崩刃和月牙洼磨损;随着切削速度的增加,后刀面VB值呈现了驼峰状的变化规律,涂层剥落的区域在波谷出现了明显的减小趋势;切削试验结果指出,正前角AlTiN涂层硬质合金刀具可用于钛合金TA15的精车工艺中,在v=100m/min、f=0.05mm/r、a_p=1.5mm切削参数下,刀具表现性能最优,同时硬质合金涂层刀具车削TA15的最大切削速度不宜超过120m/min。     

低温最小量润滑高速铣削钛合金的试验研究

基于复合制冷技术研制了一种低温最小量润滑供给装置,在低温最小量润滑(cryogenic minimum quantity lubrication,低温MQL)条件下进行高速铣削钛合金试验,研究了低温MQL对刀具与工件材料的摩擦接触状态、刀具磨损及已加工表面粗糙度的影响。将测量的铣削分力转化为切向铣削力和径向铣削力,以分析高速铣削时刀具与工件材料的摩擦接触状况。研究结果表明:低温MQL可使峰值径向铣削力减小27.6%～34.3%,有效地改善了刀具与工件材料的摩擦接触状态;降低低温MQL的温度有益于微量润滑油润滑功能的发挥并改善刀具与工件材料的摩擦接触状态,可延长刀具寿命,减小已加工表面粗糙度,但效果不明显;低温MQL的良好润滑作用可有效延长高速铣削钛合金时刀具的寿命。     

CVD金刚石薄膜刀具加工SiC_p/Al复合材料时的切削磨损研究

通过用CVD金刚石薄膜涂层刀具切削加工SiC颗粒增强铝基复合材料的试验 ,研究了切削参数、刀具材料、刀具几何参数和工件材料对CVD金刚石薄膜涂层刀具磨损的影响规律 ,同时研究了SiCp/Al复合材料的切削加工性能。     

CVD金刚石薄膜刀具加工SiCp／Al复合材料的切削磨损研究

通过用CVD金刚石薄膜涂层刀具切削加工SiC颗粒增强基复合材料的试验,研究了切削参数、刀具材料、刀具几何参数和工件材料对CVD金刚石薄膜涂层刀具磨损的影响规律,同时研究SiCp/Al复合材料的切削加工性能。     

TiAlN涂层刀具切削性能及磨损机理研究

为研究Ti Al N涂层刀具的切削性能和磨损机理,首先采用304不锈钢球对Ti Al N涂层进行摩擦磨损试验,对其磨损形态和摩擦系数进行分析比较。同时,釆用电弧离子镀技术基于YT15硬质合金刀具制备了YT15-TiAlN涂层刀具,并利用该刀具对40Cr钢进行了切削试验;同时,将涂层摩擦磨损特性、切削力以及刀具磨损机理作为衡量指标进行讨论研究,并与未涂层刀具进行对比。结果表明,YT15-TiAlN涂层刀具的切削性能大幅提高,Ti Al N涂层改善了刀具的摩擦特性,抗磨损能力大大增加,刀具的使用寿命提高了约1倍左右。     

固体膜润滑剂可延长刀具寿命

美国每年在金属切削加工中要花费500～600亿美元。因此,必须通过提高切削速度、延长刀具寿命等手段来降低金属切削加工的成本,这就必须减小刀具与工件之间的摩擦,从而可降低刀刃处的温度、减小变形和磨损。固体膜润滑剂涂层可明显减小刀具的摩擦和磨损,因此可延长刀具的寿命。金属切削过程中主要产生两种能量。这两种能量是在剪切面和刀具面产生的,如图所示。从机械热当量的观点来看,摩擦过程中产生的所有能量都不可逆地转化为热能。如果在金属切削中减小摩擦系数,则在刀具面上的摩擦功和剪切面上的剪切功都减小了。摩擦减小后,可使总能量、切削力和温升都减小,从而可延长刀具的寿命。利用下列几种方法可减小摩擦系数:(1)提高刀具切削刃的光洁度和锐度;(2)采用摩擦功较低的工件材     

新型涂层刀具干式铣削加工SKD11切削性能研究

具有高硬度、耐高温、高耐磨性能和良好韧性的涂层刀具在干式切削加工中的应用越来越多,不同涂层刀具的应用场合及先进涂层的开发已成为目前涂层刀具技术研究的重点。本文基于TiAlN、AlTiN和TiAlN+WC/C三种涂层刀具在干式铣削加工SKD11时的切削力、切削温度和刀具磨损等物理量,对其切削性能作了详细分析。研究结果表明:在干铣加工SKD11时TiAlN+WC/C涂层刀具和AlTiN涂层刀具优于TiAlN涂层刀具,其中AlTiN涂层刀具的涂层材料硬度最高,而且在切削高温影响下生成Al2O3的薄膜层能延长该涂层刀具的寿命;TiAlN+WC/C涂层刀具的切削力小、刀具耐用度高,是干式铣削加工模具钢SKD11的理想刀具。     

涂层刀具前后刀面摩擦下界面应力分析

基于任意拉格朗日欧拉方法(ALE)建立金属正交切削加工的热力耦合的有限元模型,获得不同速度下切削稳定时涂层刀具前后刀面的接触应力、剪应力以及温度场。通过对涂层刀具施加已获得的刀具表面的应力场和温度场,分析了不同速度下摩擦分界点变化的规律以及对涂层基体界面应力的影响。结果表明,随着速度的增大,摩擦分界点逐渐有向前刀面移动的趋势,表明磨损的方式开始从后刀面磨损向前刀面月牙湾磨损转变,这与切削试验结果一致。同时随着速度的增大,涂层界面应力突变更加显著,表明高速条件下涂层更容易破坏,且速度越高,前刀面涂层破坏的几率越大。     

MQL条件下的油滴覆盖率及尺寸分布研究

微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)切削过程中,刀具-切屑界面和刀具-工件界面的油滴覆盖率、油滴大小及其尺寸分布是决定切削区油膜均匀性和覆盖面积大小的重要因素,进而直接影响微量切削油的润滑性能。针对不同喷射距离和气体流量下的油滴覆盖率、油滴大小及其尺寸分布进行研究。借助于图像处理技术,获得不同喷射距离和气体流量下的油滴位图,分析油滴形状以及喷射距离对油滴覆盖率的影响规律;然后,利用油滴体积计算模型,阐释油滴尺寸分布与气体流量之间的内在关系。研究表明:适当缩短喷射距离和增大气体流量可以提高油滴覆盖率和减少油滴尺寸,进而充分发挥MQL技术的润滑性能。     

蠕墨铸铁绿色车削性能研究

通过在干切削、MQL、微量油膜附水滴三种绿色切削方式下进行蠕墨铸铁切削加工的对比试验,研究了不同涂层刀具下的切削力、切削温度、表面粗糙度、刀具磨损以及不同类型的润滑油对车削蠕墨铸铁的影响。研究结果表明:在切削速度小于80m/min时,干切削、MQL、微量油膜附水滴三种冷却方式下的切削力相差不大;在切削速度大于80m/min时,微量油膜附水滴冷却润滑技术对切削力的影响显著;不同冷却方式下,需要配合使用合适的涂层刀具才能获得最小的切削力、最低的切削温度、最小的表面粗糙度以及最低的刀具磨损率;不同类型的切削油对切削温度、表面粗糙度、后刀面磨损产生不同影响,其中,2000-10润滑油可以获得高的表面质量,2000-25润滑油可以获得低切削温度以及较低的刀具磨损率。     

Ti6A14V钛合金高速切削试验与有限元建模

综合考虑刀具圆角影响的Merchant模型和高速正交切削Ti6AI 4V实验测量的切削力和切屑几何参数,解析求得了"切屑-刀具-工件"摩擦系数。计算表明"刀具-工件"摩擦系数约为"刀具-切屑"摩擦系数的3～7倍,该研究克服了现有文献中对"切屑-刀具-工件"摩擦系数取值的盲目性。基于该摩擦关系,建立钛合金高速切削有限元模型(FEM)。仿真切削力与试验值相比误差小于4.9%:锯齿间距、锯齿高度,及其剪切角与试验值误差均小于5.2%,钛合金高速切削有限元模型得到了有效性验证。     

金刚石涂层刀具在干式切削中的性能分析

介绍了干式切削加工技术的优点及发展趋势,分析了干式切削刀具技术及金刚石涂层刀具的性能特点.通过铝硅合金的干式切削试验,研究了金刚石涂层刀具的干式切削加工特性.经试验表明,金刚石涂层刀具正常磨损阶段,工件表面粗糙度非常稳定;刀具损坏以涂层脱落为主,刀具寿命取决于涂层与机体的结合强度;进给量对工件表面粗糙度影响最大,如果进给量合适,可以保证金刚石涂层刀具在高速下具有良好的干式切削性能.     

金刚石切削黑色金属时刀具磨损机理的摩擦磨损试验

为了降低黑色金属金刚石切削过程中的刀具磨损,提高表面加工质量和精度,对刀具磨损机理进行了研究.通过黑色金属金刚石摩擦磨损试验,模拟了实际切削过程中的刀具磨损行为;分别采用扫描电镜(SEM) 、X射线能谱仪(EDS)以及拉曼光谱仪(RS)对工件表面形貌、实验前后工件表面化学组分变化以及金刚石磨损表面的晶体结构转变进行了检测,同时提出了用石墨化程度作为试验过程中评价金刚石磨损的指标.试验结果表明:金刚石的磨损主要与机械力和温度有关,摩擦速度和工件材料中的含碳量对其影响相对较小;石墨化磨损、扩散磨损和氧化磨损等磨损机理共存,其中石墨化为导致金刚石磨损的主要原因.结合红外热像仪测温和热传导理论推算,近似获得了摩擦界面的真实温度,且随着温度升高15％,金刚石石墨化程度显著加剧83％.作者提出,应当综合考虑热-力耦合作用下的刀具磨损机理,以便进一步探寻抑制刀具磨损的工艺措施.     

基于车削试验法的刀具摩擦性能研究

针对316不锈钢的切削力大、刀具磨损快以及切削温度高等问题,对其提升加工性能、降低切削分力、减小刀-屑间的摩擦阻力、优化切削参数等方面进行了研究。提出了利用车削试验法在正交切削参数下研究刀具摩擦性能,利用YW1硬质合金车刀在干切削条件下对316不锈钢棒料进行了车削试验;分析了切削参数对刀-屑间的摩擦特性的影响,并使用Third Wave AdvantEdge有限元软件对切削进程进行了仿真分析。仿真结果表明:切削参数的3个因素在干切削环境下对刀-屑间的摩擦系数μ的影响程度,从大到小依次为:进给量、切削速度、背吃刀量;以刀-屑间的摩擦系数μ最小选择最优参数组合为:切削速度V_c(120 m/min)、进给量f(0.2 mm/r)、背吃刀量a_p(1 mm)。     

YQ-9齿轮精切油

在金属切削过程中,刀具前刀面与切屑之间,刀具后刀面与工件的界面之间存在着很大的摩擦,使切削力、切削热、切削温度和工件变形增加,直接导致刀具磨损,同时也影响已加工表面粗糙度和零件精度等表面质量。采用切削液就是为了改善干切削时的切削条件。合理选用切削液,或者研制切削性能良好的切削液应用于金属切削中,可以改善切削过程中各界面的摩擦情况,减少刀具与切屑的粘结,抑制积屑瘤和鳞刺的生长;降低切削温度,减少工件的热变形;减小切削力,保证加工精度,提高刀具寿命和生产效     

纳米K2Ti4O9晶须增强型固体润滑涂层在切削加工中的应用

为了减少切削加工中切削液的排放 ,改善环境 ,本研究用固体润滑剂代替切削液。在高温摩擦试验机上对四种固体润滑剂进行了摩擦试验和效果对比 ,筛选出纳米钛酸钾增强型复合固体润滑剂 ;将其涂覆在刀具表面进行 4 0Cr钢切削试验 ,干切削中切削速度为 14 0m/min时涂层刀具的后刀面磨损量是未涂层刀具的 1/ 6 ,比使用切削液时的磨损量也略有降低 ;随着切削速度的升高 ,涂层刀具的后刀面磨损量有所增加 ,但仍比未涂层的低 ,比使用润滑液的有所增高。AFM、SEM和EDX对摩擦表面的分析结果表明 :固体润滑膜涂覆在刀具表面 ,可改善刀具的润滑状况 ,有效地防止切屑和刀具的粘附 ,明显减少刀具的磨损