单晶硅超精密切削的刀具磨损试验研究

针对单晶硅超精密切削过程中金刚石刀具磨损问题,对单晶硅进行超精密车削试验。通过观察金刚石刀具磨损演变过程,分析刀具的磨损过程对表面加工质量的影响,得到刀具磨损机理。结果表明,在超精密切削单晶硅过程中,随着切削距离的增加,刀具磨损面积逐渐增加,加工过程中产生的碳化硅及类似金刚石碳颗粒与刀具后刀面发生划擦造成磨粒磨损;同时,由于交变载荷作用导致的应力疲劳现象,进而伴有解理断裂产生。当切削路程小于4km时,加工表面的粗糙度Ra值在200nm以内,切削路程大于8km时,表面粗糙度Ra值在350nm~400nm之间。     

微米、纳米及微/纳米复合金刚石涂层的切削性能研究

利用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法在硬质合金上制备纳米、微米以及微/纳米复合金刚石涂层,并进行了切削对比试验。通过测试已加工材料的表面粗糙度和金刚石涂层刀具前、后刀面磨损,对比分析了不同金刚石涂层的切削性能,同时总结了CVD金刚石涂层刀具的失效形式及机理。结果表明:纳米金刚石涂层刀具切削加工后的表面粗糙度值最小,Ra=0.942μm;微米金刚石涂层刀具切削加工表面粗糙度值最大,Ra=1.631μm;纳米涂层刀具的后刀面磨损最大,约为微米涂层的2倍,复合涂层的5倍;微/纳米复合金刚石涂层刀具膜/基结合力高,前、后刀面的金刚石涂层没有出现脱落,且刀具的磨损量较少;金刚石涂层刀具的主要失效形式是涂层的过早脱落,其失效主要是由金刚石涂层的残余应力大、涂层化学纯度低、内部产生微裂纹多,以及切削时表面粗糙度高、切削力大和刀具积屑瘤普遍等原因引起的。     

单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究

为了进一步研究单晶锗的微纳米切削机理,首次采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6Gpa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究（英文）

采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6 GPa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2 GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

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。     

PCBN刀具干湿切削淬硬钢表面完整性研究

本文以采用PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15为试验，对干、湿切削两种润滑条件下，工件表面粗糙度及表面白层（一种在加工表面形成的晶相组织发生变化的结构）进行了对比研究。实验结果表明：干、湿切削都可获得较好的表面粗糙度，湿切削表面粗糙度Ra稍低；湿切削没有发现明显的白层产生，干切削白层生成较早，且白层与黑层的厚度随着刀具磨损的增加而逐渐增加。     

切削参数对P20模具钢的表面粗糙度影响

该研究利用TiN、TiAlN、TiN/Al2 O3/TiCN等三种刀具对P20预硬型模具钢进行铣削实验,探讨不同刀具在各种铣削工艺参数时以及刀具磨损对工件表面粗糙度的影响。结果表明：用涂层刀具高速切削P20模具钢,工件表面粗糙度随着切削速度的增加而显著下降;刀具的进给量存在一个临界值,当进给量f大于此临界值时,表面粗糙度会随着进给量的增加而急剧上升;在中、高速度切削P20钢时,对表面粗糙度影响最大的是进给量f,其次是进给速度ν,刀具的切削深度ap 的影响最小;涂层刀具在正常磨损范围内,工件表面的粗糙度Ra随着刀具磨损量VB值的变化幅度很小。     

PCD刀具车削钛合金Ti-6Al-4V的研究

本文通过正交试验研究了PCD刀具车削钛合金Ti-6A l-4V时,动态切削力和表面粗糙度随切削用量的变化规律,并分别以Ra、Rz为指标进行了方差分析。试验结果表明:x向和y向动态切削力随切削用量的变化很小,而z向相对较大。动态切削力随进给量和切削深度的增加而增加,其中在切削深度为0.1 mm的情况下,切削力出现了较大的波动。进给量和切削深度均对Ra、Rz有显著影响,其中进给量对Ra影响较大,切削深度对Rz影响较大。     

PCD刀具车削钛合金Ti-6AI-4V的研究

本文通过正交试验研究了PCD刀具车削钛合金Ti-6A14V时,动态切削力和表面粗糙度随切削用量的变化规律,并分别以Ra、Rz为指标进行了方差分析.试验结果表明:x向和Y向动态切削力随切削用量的变化很小,而z向相对较大.动态切削力随进给量和切削深度的增加而增加,其中在切削深度为0.1 mm的情况下,切削力出现了较大的波动.进给量和切削深度均对Ra、Rz有显著影响,其中进给量对Ra影响较大,切削深度对Rz影响较大.     

基于切削力和神经网络的铣削刀具状态监测研究

基于切削力分量测量信号,提出了用于端面铣削的刀具状态监测(TCM)的3层BPNN网络系统,用于估计铣削过程中的刀具磨损(Vb)和表面粗糙度(Ra).利用切削力数据构建了6×10×2结构的神径网络的训练样本,并对其性能进行了评价.建立了刀具磨损和表面粗糙度与有关的切削参数关系.试验结果表明模型输出与直接测量的刀具磨损和表面粗糙度的值非常接近,证明了该方法是可行的.     

稀土硬质合金切削行为的研究

研究了含稀土硬质合金刀具在切削过程中的行为．添加稀土后可抑制刀具和工件间金属元素互扩散，降低刀具切割时切削力和摩擦系数．从切削角度分析稀土硬质含金耐用度提高的原因     

高温合金切削刀具表面凹槽织构参数的优化研究

为获得切削性能优异的镍基高温合金专用切削刀具,采用有限元仿真和切削试验研究车刀前、后刀面直线型织构凹槽的织构角度、凹槽间距和凹槽宽度对镍基高温合金GH4169切削过程中切削力和切削温度的影响规律。仿真结果表明:前刀面织构能降低刀具切削力和切削温度;与织构间距和凹槽宽度相比,凹槽织构的角度对刀具切削力和切削温度的影响更显著;当在刀具前刀面平行主切削刃建立凹槽状织构,织构间距60μm、凹槽宽度20μm时,切削力较低,切削温度最低。同时,切削试验显示平行于切削刃的织构刀具耐磨损性能和切削寿命均最好。织构刀具的工作寿命相比于无织构刀具提升了66.7%。     

高能离子刻蚀前处理对AlTiSiN涂层切削性能的影响

目的提高AlTiSiN涂层与刀具基材的结合强度,降低涂层表面的粗糙度,减少切削过程中涂层的剥落,改善涂层刀具的切削寿命。方法采用离子源增强的多弧离子镀设备刻蚀清理基体材料,并制备AlTiSiN涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粗糙度仪、划痕仪和铣削实验探讨涂层沉积前不同Ar离子刻蚀清洗工艺对AlTiSiN涂层结构、膜基结合力和涂层表面形貌的的影响,探究不同刻蚀清洗工艺对涂层刀具切削机理和切削性能的影响。结果 AlTiSiN涂层的相结构主要由(Al,Ti)N固溶体相组成,涂层沿着基体呈现柱状生长。随着高能Ar离子刻蚀电流由40 A增加至100 A,涂层的表面粗糙度降低,Ra值由140 nm降至69 nm,Sq值由226 nm降至117 nm;涂层与基体之间的结合强度增加,Lc2由41 N增加至52 N;切削加工DC53模具钢结果显示,当清洗电流增加至100 A,涂层的剥落几率降低,涂层刀具的切削寿命增加,由11 m增加至23 m。结论高能离子刻蚀前处理过程可有效增加涂层与基体之间的结合强度,降低涂层表面粗糙度,进而提高涂层刀具的切削寿命。刻蚀清洗所用电流强度越大,清洗效果越好,刀具涂层切削性能提高越明显。     

三维木材切削虚拟仿真与木工刀具参数优化研究

利用ANSYS的Solid95单元构建木材切削三维模型并对切削过程进行有限元分析,通过分析可获得不同刀具前角所对应的最大有效应力并推断最优前角的角度值.取不同前角试制木工刀具,将其安装到小木块加工机上进行试验,结果表明,优化结果与试验结果基本一致.利用该方法可对木材切削过程进行分析及对刀具进行优化设计.     

高硬度合金加工热力因素对刀具磨损影响研究进展

针对高硬度合金材料在切削加工中刀具磨损严重的问题,总结了切削力模型、切削温度模型和相关实验研究,阐述了切削力和切削温度与刀具磨损之间的具体联系。从热力耦合的角度出发,综述了刀具磨损机制的研究进展。对高硬度合金切削加工中刀具磨损研究的新方向进行了讨论。     

低温微量润滑和超声椭圆振动下GH4169合金切削研究

GH4169镍基合金切削加工时容易造成明显加工硬化现象，形成了很大的切削力和切削温度，对刀具带来严重磨损。为了提高GH4169合金的切削机加工性能，结合超声椭圆振动(UEV)和低温微量润滑(CMQL)的优势设计了一种UEV+CMQL切削方式。搭建CBN刀具的GH4169合金切削实验，开展不同切削方式下切削力和切削温度性能分析。研究结果表明，采用低温微量润滑实现了切削力的大幅下降，促使工件硬度与切削力的显著提高。相比常规切削方法，以UEV与CMQL方法使温度减小19.7%。设定更低喷雾温度时刀尖应力明显减小，喷嘴角度减小可以使刀具中形成更低应力，延长刀具使用寿命，提升刀具耐磨性能并获得更优减磨效果也能够适难加工合金用，研究结果作为改善合金切削生产工艺的重要参考依据。     

高速切削GCr15切削力的仿真与实验研究

应用Deform-3D软件建立刀具-工件三维有限元模型,研究了PCBN刀具高速切削GCr15淬硬钢的切削机理,得出不同切削参数下切削力的变化规律,通过对模拟结果进行分析获得了最优切削参数。在最优切削参数下进行切削实验,结果发现:在切削深度和进给量不变的情况下,不同切削速度下的切削力模拟值与实验值变化趋势是一致的,并且其误差不超过10%,这表明利用Deform-3D有限元软件建立三维切削模型可以有效模拟PCBN刀具高速切削GCr15轴承钢的切削过程。     

车刀几何角度的选择

车刀切削部分，主要几何角度有5个，其几何角度的大小对切削是否顺利、刀具是否耐用、加工出的工件表面是否光洁等都有很大影响，因此，必须合理选择。     

微棱镜反光阵列超声振动刨削试验研究

通过超声振动刨削加工微棱镜阵列的正交试验,分析了刀具材料、刀具工作前角、切削速度、第三次切削深度对微棱镜阵列表面质量和刀具寿命的影响。结果表明：刀具材料是试验指标粗糙度Ra、V形槽夹角β、加工后刀尖圆弧半径R的第一影响因素;第三次切削深度ap是磨损量NB的第一影响因素;切削速度v是四个试验指标的第二影响因素;当刀具材料选用PCD,刀具前角为-3.8°,切削速度为900mm/min,第三次切深为2μm时,微棱镜阵列表面加工质量好,刀具寿命高。     

基于FEM的纳米TiN改性金属陶瓷刀具的切削性能研究

文章以纳米TiN改性金属陶瓷刀具作为研究对象.基于大变形-大应变、增量理论及拉格朗日算法,建立了Cockcroft&Latham断裂分离及磨损准则的有限元模型,并对AISI1045钢进行切削加工模拟.改变刀具角度,得到不同角度纳米TiN改性金属陶瓷刀具切削过程中的主切削力、温度及后刀面磨损变化曲线,模拟结果与相关切削理论比较吻合.结合刀具磨损SEM形貌,简要分析了此刀具磨损机理.文章的研究能够为后期新型刀具材料的研究开辟了新路径,以期到达缩短研制周期,降低成本的目的.