实现刀具材料自润滑功能的三种方式

一是利用刀具在切削高温下的摩擦化学反应,在刀具材料表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现刀具的自润滑。例如,Al2O3/TiB2陶瓷刀具在高速干式切削时就显示出自润滑功能。在高速切削过程中,当刀具表面温度超过800℃时,其中TiB2发生氧化,生成Ti和B的氧化物TiO2和B2O3,在刀具前刀面和切屑之间起着润滑剂的作用。二是通过对刀具材料进行表面涂层或表面离子注入,形成自润滑功能的表面。例如,采用MoS2涂层的硬质合金铣刀铣削高强度钛合金零件时,其寿命比未涂层铣刀提高20%;新型纳米复合涂层可使刀具具有优异的减摩、抗磨功能和自润滑…     

高速车削条件下复合陶瓷刀具的寿命试验研究

为研究新型复合陶瓷刀具干切削高强度钢的切削性能,在切削用量范围:vc=90~314 m/min,f=0.02~0.4 mm/r,ap=0.2~3 mm范围内,应用析因统计试验设计与单因素试验设计,使用Al2O3+Ti C和Al2O3+Ti C+Si3N4复合陶瓷刀具对高强度钢35Cr Mn Si A进行了高速干式车削试验。在分析了刀具寿命显著性影响因素的基础上,研究了后刀面磨损量VB值与切削速度、进给量和背吃刀量之间的变化规律。试验研究表明:复合陶瓷高速切削高强度钢工件材料时,选择VB=0.2 mm作为刀具的磨钝标准较为合理;在保证刀具破损可靠度和加工质量的前提下,应选取尽可能大的进给量与背吃刀量;对于35Cr Mn Si A材料而言,Al2O3+Ti C陶瓷刀具较Al2O3+Ti C+Si3N4陶瓷刀具的切削性能好。     

高速切削淬硬模具钢刀具磨损的对比实验研究

使用PCBN和陶瓷两种材质的刀具对淬硬模具钢Cr12MoV进行高速切削试验,深入研究了高速切削时的刀具寿命、刀具磨损形态和磨损原因,得出如下结论:相同的切削条件下,PCBN刀具寿命约为陶瓷刀具的2～3倍,当切削速度由153 m/min增大到241 m/min时,两种材质刀具寿命均下降50％以上;在相对低速下切削时,PCBN刀具和陶瓷刀具磨损形态主要为月牙洼和后刀面磨损,在相对高速下切削时,两种刀具均出现破损,破损形态主要包括崩刃和片状剥落等;PCBN刀具磨损原因主要为黏结磨损、氧化磨损和扩散磨损,陶瓷刀具的主要磨损原因有磨粒磨损、黏结磨损和扩散磨损;相同切削条件下,PCBN刀具抗磨粒磨损的能力好于陶瓷刀具,而陶瓷刀具的抗氧化性能要好于PCBN刀具;切削速度对刀具磨损原因有重要影响,随着切削速度的增大,磨粒磨损程度和黏结磨损程度均减弱.     

Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合材料的可靠性、磨损形态及其切削耐用度

研究了Al2O3和Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合刀具材料的Weibull分布、磨损形态及其切削耐用度。用一元线性回归方法确定Al2O3/ZrO2(Y2O3)刀具的耐用度参数,分析切削条件对Al2O3/ZrO2(Y2O3)复合刀具材料寿命的影响。结果表明:Al2O3和含2%(摩尔分数)及3%Y2O3的ZrO2/Al2O3(Al2O3/ZrO2(2Y)及Al2O3/ZrO2(3Y))复合刀具材料Weibull模数的m值分别是5.6、10.2和11.7,说明Al2O3/ZrO2(3Y)陶瓷的可靠性最优;Al2O3/ZrO2(3Y)复合刀具切削40CrMoNiA合金钢的磨损形态主要来自磨粒磨损和粘结磨损,耐用度参数vc、f、ap的指数值分别为1.3、1.69和0.66,陶瓷刀具更适合高速切削,最大影响因素是进给量(f),在最佳切削条件下(vc=140 m/min,ap=0.5 mm和f=0.3 mm/r)切削耐用度为3 h。     

陶瓷刀具断续车削淬硬钢失效演变机理研究

选用Al2O3/(W,Ti)C陶瓷刀具断续车削淬硬钢,进行正交切削试验,分析切削用最对刀具寿命的影响.建立了断续切削条件下不同失效演变阶段的刀具寿命公式,并通过以切削速度为单一变量的单因素试验,对其进行验证.针对不同失效演变阶段的刀具寿命公式进行分析讨论.结果表明:切削用量三要素对刀具寿命影响程度的大小顺序为:vc>αpf;在刀具失效演变的不同阶段,机械载荷、热载荷对刀具破坏的影响程度不同.     

切削Inconel718时新型陶瓷刀具JX-2-Ⅰ的切削性能研究

JX－2－Ⅰ是最新研制的碳化硅晶须（SiCw）增韧和碳化硅颗粒（SiCp）弥散增强氧化铝（Al2O3）新型陶瓷刀具。本文详细研究了该刀具加工Inconel718时的切削性能，结果表明，在低速干切时的刀具抗磨损能力为YG8＞JX－2－Ⅰ＞JX－1＞JX－2－Ⅱ；在105m／min的高速湿式切削时，JX－2－Ⅰ的切削性能与JX－1差不多，但是在42m／min的速度时JX－2－Ⅰ的切削性能好于JX－1（Al2O3＋SiCw）。同时发现在用JX－2－Ⅰ中高速切削Inconel718时必须使用冷却液。由于切削温度对工件材料加工硬化的影响，以及对工件材料高温强度屈服拐点的影响而存在一个切削速度的最佳选取范围。SEM分析表明，刀具磨损的主要形式是后刀面磨损、边界磨损、切深沟槽磨损和前刀面月牙洼磨损；刀具磨损的主要机理是粘结磨损、磨粒磨损和塑性变形磨损。     

基于二维切削的SiCp/Al复合材料表面损伤形成机制研究

目的 研究SiCp/Al复合材料切削过程中的表面损伤形成机制。方法 以SiCp/Al复合材料为研究对象,展开基于二维切削的仿真和实验研究,建立了包含铝合金2A14、SiC增强颗粒以及界面特性的SiCp/Al切削仿真模型,对作用于不同SiC颗粒部位的材料表面缺陷进行分析;接着利用高速直线电机搭建能映射二维切削条件的实验平台,在不同材料去除条件下,利用扫描电子显微镜和白光干涉仪对切削表面形貌进行测试,分析和验证切削表面损伤形成条件。结果 SiCp/Al复合材料切削表面损伤机理取决于SiC颗粒相对刀具切削路径的位置:当刀尖作用在SiC颗粒的顶部时,表面损伤主要为基体撕裂、颗粒破碎;当刀尖作用在SiC颗粒的中部时,表面损伤为颗粒破碎导致的裂纹和凹坑;当刀尖作用在SiC颗粒的底部时,表面损伤为颗粒拔出导致的凹坑。随着切削深度的增大,凹坑逐渐增多,表面粗糙度随之增大。结论 利用二维切削模型仿真方法和高速直线电机实验,可以有效研究复合材料切削损伤形成机制。SiC颗粒相对刀具切削路径的位置不同会导致切削损伤不同;SiCp/Al复合材料表面质量会随着切削速度的提升而有所提高。     

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。     

陶瓷刀具切削镍基合金的三维数值模拟

为了揭示Sialon陶瓷刀具的切削力、切削温度和应力的变化规律,借助于有限元分析软件,建立了三维金属切削的有限元模型,模拟了Sialon陶瓷刀具切削镍基高温合金Inconel 718的切削过程,得到了切削力、切削温度及应力随刀具前角和切削速度变化的规律,计算出了Sianon陶瓷刀具切削Inconel 718时的合理前角是-8°,同时分析了刀具不同时刻切削温度和等效应力的分布规律。     

硬质合金刀具高速干铣削Ti6Al4V刀具寿命研究及切削参数优化

Ti6Al4V是典型的难加工材料,切削效率低,刀具磨损严重。文章对硬质合金刀具在高速范围内干铣削Ti6Al4V进行了正交试验,获得了干切削状态下铣削刀具寿命的经验公式,并利用扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）研究了铣削刀具的磨损形态和磨损机理,粘结、扩散及氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。最后,利用等寿命-效率响应曲面法,对硬质合金刀具在干切削状态下铣削Ti6Al4V的切削参数进行了优化,在效率不变的情况下,适当降低切削速度,增大切削深度,可以提高刀具寿命。试验刀具的切削参数优化结果为：切削速度40—60m／min、轴向切削深度0．5—1mm、径向切深7—10mm、进给量0．07—0．1mm／r,在建议切削参数下刀具寿命约在30—50min。     

Inconel718切削过程的有限元仿真研究

为了研究高速切削Inconel 718的切削机理,应用有限元软件DEFORM-2D模拟了高速切削Inconel 718的切削过程,分析了切削速度对切削温度、切削力和剪切角的影响规律以及切削过程中刀具和工件的应力场分布情况.仿真结果表明:切削力随着刀具的切入先迅速线性增大,然后趋于稳定,切削力随切削速度的增大呈下降趋势.切削温度的最高点总是位于前刀面上距离刀刃不远的地方.最高切削温度随着切削速度的增大而增高.最大刀具等效应力出现在前刀面上切削刃的周围,工件上最大等效应力出现在第一变形区.切削过程中,剪切角随切削速度的增加而增大.     

表面微织构在切削过程中的研究进展

在切削过程中,临近切削刃的刀具前刀面与切屑、刀具后刀面与已加工表面接触区存在的高温高压情况严重影响了刀具服役寿命和工件表面完整性。表面微织构技术是一种先进的表面改性技术,在刀具表面制备不同尺寸参数、形状参数、分布参数的表面织构能够显著影响刀具的切削性能。当刀具表面微织构制备方法不同时,微织构所呈现的性能也不同。首先从制备技术的原理、制备过程、制备技术特点等方面对当前最先进的刀具表面微织构制备技术进行了综述。然后从切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成、工件表面完整性等角度分析了微织构对刀具切削性能的影响规律与机理。在分析切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成等4个指标时重点关注了刀具前刀面微织构所起的作用,在分析工件表面质量时,同时考虑了刀具后刀面微织构、前刀面微织构的影响。最后,介绍了当前微织构的研究热点,主要包括微织构技术与钝化刃口、润滑剂的协同作用对切削性能的影响,以及微织构刀具在切削过程中发生的衍生切削行为。通过对文献的归纳、总结与深入分析,给出了表面微织构未来的研究方向,为刀具进一步优化提供设计参考。     

基于微磨削方法的微织构刀具制备与切削性能研究

目的研究表面微织构对硬质合金刀具切削性能的影响。方法采用微磨削方法在硬质合金刀具前刀面加工出具有不同结构参数的横向、纵向和交叉微织构,通过AL6061切削试验和有限元切削仿真,研究表面微织构对硬质合金刀具的切削温度及刀具磨损的影响。结果采用V形金刚石砂轮微磨削方法能够加工出几何形状规则且表面质量良好的表面微织构。与无织构刀具相比,微织构刀具的切削温度明显降低,高温区域明显减少,其中横向织构刀具降温效果最为显著。微织构刀具的切削温度随沟槽间距的增大而升高,沟槽间距为150μm时,切削温度最低。表面微织构能够有效减轻刀具前刀面的粘结磨损,横向织构刀具减摩抗粘效果最好,且采用较小的沟槽间距更利于减轻刀具的粘结磨损。随着切削速度的增加,表面微织构的抗粘结作用更加明显,当切削速度为150 m/min时,沟槽间距为150μm的横向织构刀具的切屑粘结面积最小。结论在横向、纵向和交叉织构刀具中,沟槽间距为150μm的横向织构刀具切削性能最好,即降温效果、抗粘结性能最为显著。     

车削速度对GH4169加工表面完整性的影响

加工表面完整性对材料的服役性能有着重要的作用。使用陶瓷刀具,对高温合金GH4169进行车削加工,分析不同车削速度对表面完整性各特征参量的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和XRD等仪器对表面微观结构、显微硬度和残余应力进行观测。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大而减小;加工表层存在滑移,且有明显的加工硬化现象,表层显微硬度随着车削速度的增大呈现增大趋势;轴向表面残余应力均为拉应力,且随着车削速度的增大拉应力先增大后减小,原因在于当速度增大至一定程度时,热量短时间内无法传递到工件内部,导致热效应的作用效果减弱。     

Cutting performance of PVD-coated carbide and CBN tools in hardmilling

In this study, cutting performance of CBN tools and PVD-coated carbide tools in end-milling of hardened steel was investigated. In high-speed dry hardmilling, two types of CBN tools were applied: the CBN-rich type and an ordinary one. In the case of relatively low-speed milling, on the other hand, a few coated carbide tools were selected where four kinds of coating films, TiN, TiCN, TiAlN and multi-layered TiAlN/AlCrN, were deposited on the K10 and P30 grade carbide. The cutting performance was mainly evaluated by tool wear, cutting temperature, cutting force and surface roughness. In dry cutting of hardened carbon steel with the ordinary CBN tool, the cutting tool temperature rose rapidly with increase in cutting speed; and tool temperature reached approximately 850 °C at the cutting speed of 600 m/min. In the case of the CBN-rich tool, the cutting temperature decreased by 50 °C or more because of its high thermal conductivity. It is remarkable that tool wear or damage on a cutting tool was not observed even when the cutting length was 156 m in both CBN tools. In the case of coated carbide tools, the temperatures of TiN-, TiCN- and TiAlN-coated carbide tools rose as cutting proceeded because of the progress of tool wear, but that of TiAlN/AlCrN-coated carbide tool hardly rose due to little tool wear. When the base material was K10 grade carbide, tool temperature was lower than that of P30 with any coating. The tool flank wear depends considerably on hardness and oxidizing temperature of the coating film.     

PcBN刀具材料在高速硬态切削中的应用研究

简要介绍了PcBN刀具材料的高压高温烧结制备方法及其物理力学性能特点、高速切削技术与硬态切削技术的特点以及PcBN刀具材料对高速硬态加工的适应性。分析和探讨了高速硬态切削对PcBN材料性能的要求,认为限制PcBN应用于高速硬态切削的主要是其高温力学性能,包括高温强度、高温硬度、高温韧性等。介绍了目前国外高速切削用PcBN材料的研究新进展,列举了PcBN刀具应用于高速硬态加工领域的实例,指出纳米级无任何粘结剂的PcBN刀具材料的开发与应用对推动我国的高速切削加工技术具有十分重要的意义。     

低温冷风对材料切削性能影响的试验与分析

对低温冷风条件下的切削机制进行理论方面的研究,分析了金属材料低温下的脆性现象。为了研究低温冷风对材料切削性能的影响,进行了低温冷风切削试验,分别从切削力、刀具磨损和工件表面质量等方面进行了检测与试验分析。与传统加工相比,低温冷风切削能够降低切削力、减少刀具磨损以及降低工件表面的粗糙度值。     

Cutting temperature of ceramic tools in high speed machining of difficult-to-cut materials

This paper deals with an experimental and analytical investigation into the different factors which influence the temperature distribution on Al₂O₃---TiC ceramic tool rake face during machining of difficult-to-cut materials, such as case hardened AISI 1552 steel (60–65 Rc) and nickel-based superalloys (e.g. Inconel 718). The temperature distribution was predicted first using the finite element analysis. Temperature measurements on the tool rake face using a thermocouple based technique were performed and the results were verified using the finite element analysis. Experiments were then performed to study the effect of cutting parameters, different tool geometries, tool conditions, and workpiece materials on the cutting edge temperatures. Results presented in this paper indicate that for turning case hardened steel, increasing the cutting speed, feted, and depth of cut will increase the cutting edge temperature. On the other hand, increasing the tool nose radius, and angle of approach reduces the cutting edge temperature, while increasing the width of the tool chamfer will slightly increase the cutting ege temperature. As for the negative rake angle, it was found that there is an optimum value of rake angle where the cutting edge temperature was minimum. For the Inconel 718 material, it was found that the cutting edge temperature reached a minimum at a speed of 510 m/min, and feed of 1.25 mm/rev. However, the effect of the depth of cut and tool nose radius was almost the same as that determined in the turning of case hardened steel. It was also observed in turning Inconel 718 with ceramic tools that, cutting forces and different types of tool wear were reduced with increasing the feed.     

基于夹丝热电偶法的高速切削温度测量

切削温度与刀具磨损、工件加工表面质量及加工精度密切相关，用红外辐射、超热辐射等非接触式的测温方法只可以实现局部切削温度的间接测量。文章设计一种利用夹丝热电偶实现高速切削过程瞬时切削温度测量的直接接触式计算机辅助测温系统，该系统利用PCI-1200卡采集热电偶测温装置传输的数据，通过Labview软件分析处理，具有显示温度波形曲线、标定热电偶曲线能力。最后通过高速切削淬硬钢试验测量了刀具／工件界面的瞬时温度，定性分析了切削速度、刀具磨损、加工参数对切削温度影响的变化规律。     

铝合金高速切削刀具磨损研究进展

由于铝合金高速切削过程中切削温度高,导致刀具严重磨损,降低了刀具寿命和零件加工精度,因此准确预测刀具磨损和分析刀具磨损规律至关重要。分别从刀具寿命模型和刀具磨损速率模型概述刀具磨损理论模型研究进展,基于切削用量、刀具性质和冷却方式分析刀具磨损规律。从已有研究来看,在铝合金高速切削过程中刀具磨损随切削速度和进给量增大而增大,切削深度无明显规律;常见刀具磨损有黏结磨损、磨粒磨损和扩散磨损,其中黏结磨损为主要刀具磨损机制。