微型车刀前刀面微沟槽结构静力学分析

文中基于仿生摩擦学原理,在微型车刀前刀面上设计出不同方向的微沟槽结构。运用ANSYS有限元分析软件,分析出刀尖区域的Mises应力分布,并分别对比普通车刀刀尖的最大Mises应力值。结果表明,平行于切削刃的微沟槽刀尖最大时Mises应力值达到最小,为5.74 MPa。     

PCD和SCD刀具车削各向同性热解石墨时的性能对比

采用聚晶金刚石(PCD)刀具和单晶金刚石(SCD)刀具进行了各向同性热解石墨切削加工试验,对刀具磨损过程、磨损机理和表面加工质量进行了对比研究。通过对试验结果的研究分析表明:两种刀具的磨损主要发生在后刀面,且切削刃都出现了微崩刃。PCD刀具后刀面上形成了平行沟槽和严重磨损两种磨损形貌,SCD刀具后刀面上形成了平行沟槽和微细网状两种磨损形貌。PCD刀具的磨损机理主要磨粒磨损,SCD刀具的磨损机理则主要是解理磨损和磨粒磨损,切削过程中持续波动的切削力是造成两种刀具微崩刃的主要原因。虽然两种刀具的加工表面都存在不同程度的凹坑,但与PCD刀具相比,SCD刀具具有较好且稳定的加工性能。     

硬质合金切槽车刀表面织构设计及性能分析

为了改善高温合金GH4169环槽车削加工难度大、刀具磨损严重问题,运用摩擦学理论对切槽车刀前刀面表面进行织构改性。设计三种前刀面织构结构切槽车刀,运用数值计算手段建立GH4169环槽车削加工模型,通过数值计算得到加工过程中刀具温度、磨损速率、加工消耗功率等值。织构型刀具与传统无织构刀具的对比结果表明,表面织构改性能够改善刀具性能与切削加工性能,其中以微沟槽(groove)形式织构效果最优。     

氧化锆陶瓷车削中刀具表面微织构参数对切削性能的影响

利用飞秒激光加工技术在硬质合金车刀后刀面加工出不同宽度和间距的沟槽型表面织构。通过氧化锆陶瓷材料干切削试验,研究织构化刀具磨损机理,分析织构参数对切削力和刀具磨损量的影响规律。实验结果表明：具有合理参数的后刀面织构化刀具能够明显降低切削力,减少刀具磨损。沟槽型织构通过储存切屑、稳定黏结物和对已加工表面上硬质点的二次切削作用,降低刀具后刀面的黏着磨损和磨粒磨损。织构的二次切削作用会导致切削力增大,与织构的减摩作用共同影响切削力。     

微织构自润滑刀具的切削性能研究

采用激光加工方法在硬质合金车刀前刀面月牙洼易磨损区域加工微织构并填充固体润滑剂MoS2,制备了微织构自润滑刀具(MTR-1和MTR-2),并与传统硬质合金刀具MTO进行了干切削淬火45钢的对比试验.试验结果发现,与传统硬质合金刀具MTO相比,微织构自润滑刀具能够显著降低切削力、减小刀具前刀面磨损.同时,微织构自润滑刀具...     

微织构刀具连续磨损建模与仿真研究

建立切削过程中的微织构刀具连续磨损有限元模型一直是难点。为分析微织构刀具连续磨损问题,基于能量损失法,在有限元分析软件中建立了硬质合金刀具微切削Ti6Al4V钛合金材料过程中的微织构刀具连续磨损模型,并在刀具前刀面不同位置分别设计单个和多个微织构模型,分析微织构对刀具前刀面月牙洼磨损和后刀面磨损的影响。有限元分析结果表明,前刀面的微织构数量和位置对刀具的磨损程度有严重影响;刀具表面温度是影响月牙洼磨损深度的关键因素;而月牙洼磨损中心到切削刃刀尖的磨损与刀具的Mises应力有直接关系;影响刀具的后刀面磨损主要因素是刀具压力。     

微织构(W,Mo)C基刀具和YG8刀具对钛合金干切削性能的影响

刀具切削钛合金时存在切削温度高、单位面积上切削力大等问题,微织构刀具可以有效减小摩擦力,减小切削力。通过正交实验法设计微织构参数,研究微织构参数对Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具以及YG8刀具切削钛合金实验的切削性能影响。实验结果表明,合适参数的沟槽型微织构能有效降低Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具和YG8刀具切削TC4钛合金的切削力,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的切削力明显低于YG8刀具的切削力;合适参数的沟槽型微织构能有效降低刀具刀屑界面的摩擦系数,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的摩擦系数大都低于YG8刀具的摩擦系数;沟槽深度10μm、沟槽间距100μm以及沟槽宽度30μm的沟槽参数下,切削钛合金时,无黏结相硬质合金刀具前刀面无明显磨损,后刀面只有边界磨损,YG8刀具发生崩刃,前刀面出现切屑的滞留。     

MoS_2基固体润滑剂微织构自润滑刀具切削性能的研究

采用激光加工方法在硬质合金刀具的前刀面加工不同形状的微织构,并填充不同的固体润滑剂,对制备的微织构自润滑刀具以及传统刀具进行干切削304奥氏体不锈钢的对比试验。试验结果表明,与传统硬质合金刀具相比,微织构自润滑刀具能显著地降低切削力,减小前刀面摩擦系数,降低切削温度,减少刀具前刀面的磨损。选用MoS_2/Sb_2O_3复合固体润滑剂能更好地提高微织构刀具的切削性能,减少切屑的粘结。     

高效切削钛合金Ti-6Al-4V硬质合金刀具扩散磨损研究

钛合金化学活性高,在切削过程中与硬质合金刀亲和性大,导致刀具易于发生扩散磨损。在使用硬质合金刀具切削钛合金Ti-6Al-4V试验及切削仿真分析基础上,采用SEM的EDAX研究刀具的扩散磨损,通过研究切削温度及刀-屑/工件接触区压力对扩散磨损的影响,并借助相图分析刀-工件之间的元素亲和力,进而研究扩散磨损的形成机理。结果表明:钛合金切削温度高,并且随着切削速度的增加,切削温度上升;在刀-屑以及刀-工件接触区,最高温度处于刀尖部位靠前刀面的位置。钛合金的加工回弹,造成刀-工件接触面摩擦加剧,使得整个接触区域的最高压力位置位于刀尖附近靠近后刀面的位置。在接触区的高温高压下,硬质合金刀具前、后刀面均发生元素扩散,且前刀面扩散现象比后刀面较为严重;随着切削速度的增加,加剧了扩散现象的发生。     

表面微织构Al_2O_3-TiC陶瓷刀具的切削性能研究

研究了不同形状和不同结构尺寸的表面微织构陶瓷刀具切削45#淬火钢后,陶瓷刀具的前刀面月牙洼磨损形貌和后刀面磨损量,进而分析表面微织构对陶瓷刀具的作用机理和不同表面微织构的影响。其中,分别针对无微织构和三种不同形状,不同深度、宽度和间距的表面微织构陶瓷刀具做了单因素切削实验。实验结果表明,具有表面微织构的陶瓷刀具切削性能优于无微织构陶瓷刀具,过大的深度、宽度和间距反而不利于刀具前刀面的减摩。刀具表面微织构深度为10μm、宽度为25μm、间距为50μm时,与切削刃平行的横向微织构陶瓷刀具的切削性能最好,即该表面微织构的减摩效果最明显。     

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。     

陶瓷刀具高速干切削等温淬火球铁(ADI)磨损性能研究

采用陶瓷刀具(CC650)对等温淬火球墨铸铁(以下简称AD I)进行干式高速切削试验,用带有X射线能谱分析的扫描电镜观察刀具表面的磨损形貌,并对刀具磨损微区和工件表面成分进行定性分析,用X射线衍射仪对刀具、工件和切屑等试样进行物相分析,研究高速切削时陶瓷刀具磨损性能及磨损机制。结果表明:切削速度是影响刀具寿命的主要因素;CC650刀具高速干切削AD I时形成的刀具主后刀面和前刀面的磨损形态基本类似中、低速条件下磨损形态,主要区别在其磨损区域紧靠切削刃,最大磨损部位位于切削刃附近;CC650刀具高速切削AD I时切削温度高,其磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果,磨损机制主要包括磨料磨损、扩散磨损、粘结磨损和微崩。     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损、前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃。超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性,刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工。     

不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具切削性能的对比

采用激光技术在Al2O_3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出微凹坑和微沟槽2种微织构,并填充MoS2固体润滑剂制备得到微织构自润滑刀具,研究了不同形貌微织构自润滑刀具对淬硬钢的切削性能,并与传统无织构陶瓷刀具的进行了对比。结果表明:在不同切削条件下,采用微凹坑织构刀具切削时的主切削力较采用无织构刀具的平均降低了26.91%,而采用微沟槽织构刀具切削时的平均下降了15.85%;在切削速度较高、进给量和背吃刀量均较小的条件下,采用微织构刀具切削后工件的表面粗糙度较采用无织构刀具的有明显下降;微凹坑织构刀具切削后的切屑变形程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具切削后的,其前刀面的磨损程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具的,微凹坑织构刀具比微沟槽织构刀具表现出更佳的切削性能。     

蠕墨铸铁切削中高压切削液对刀具磨损的影响

蠕墨铸铁是内燃机主要结构材料之一,是一种较难加工材料。针对蠕墨铸铁加工中切削温度高、刀具磨损严重等难题,提出在切削液高压喷射条件下对蠕墨铸铁车削加工的方案。即在切削液不同喷射路径、不同切削速度条件下,结合干切削对比,研究了高压切削液对刀具后刀面磨损量影响试验,并用超景深三维显示系统对在不同喷射路径下的刀具前后刀面磨损形貌进观察分析。通过试验表明:在不同喷射路径下,高压切削液从后刀面喷射比前刀面喷射对减少后刀面的磨损量效果好。对于前、后刀面磨损形貌,切削液高压喷射冷却润滑能很好的抑制前刀面月牙洼磨损,同时能有效降低后刀面的粘结氧化等热化学磨损,较好的延长整个刀具寿命。在不同切削速度干、湿切削对比,高压湿切削对后刀面减磨效果会随着切削速度升高而增大,在切削速度V_c=300m/min减磨效果最明显。     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

介绍了采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究.试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损,前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃.超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性.刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工.     

在刀-屑界面持续润滑刀具切削45钢的性能及润滑机理

为提高刀具润滑性能,尽量减少切削液的使用,制备出在刀屑界面持续润滑的新型刀具,能够将切削液通过微通道直接输送到刀屑接触界面内部。采用该新型刀具与普通刀具在干切削和浇注切削液条件下分别进行切削45钢试验,测量了切削三向力,对刀具前刀面磨损面进行SEM微观形貌分析及元素检测,分析了刀具的摩擦磨损特性及润滑机理。试验结果表明,与普通刀具在干切削和浇注切削液条件下相比,刀屑界面持续润滑刀具能够有效减少切削过程中的摩擦磨损,而切削液用量只有传统浇注式切削的1/120。分析前刀面的元素可知,切削液能够更加深入到离主切削刃更近的区域,并能持续供给,这是该刀具具有更好的减摩抗磨效果的主要原因。尽管新型刀具的黏结情况大大缓解,但刀具的磨损机理仍然以黏结磨损和氧化磨损为主。     

瓦尔特新型精密内冷刀具系列

正瓦尔特推出新型精密内冷系统刀具——Walter Capto(C4-C6)和Walter ISO车刀杆。其特别之处在于拥有精密的双冷却通道,冷却液可直达前刀面的切削刃以及后刀面切屑下方。由于切削温度在这两个区域最高,刀具冷却距离设计更短,因此冷却效果更明显。该刀具的另一个优势是,由于具有两个精密冷却通道——前刀面和后刀面通道,刀     

高速铣削AISI 4340合金结构钢时涂层刀具磨损机理研究

针对AISI 4340合金结构钢难加工的特点,选用PVD硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,选用扫描电子显微镜(SEM)观察失效刀具表面的磨损形貌特征,选用能谱分析仪(EDS)分析磨损刀具表面的元素分布及含量,揭示刀具的磨损机理。研究结果表明:刀具寿命与切削参数选取有关,随着切削速度的增加,刀具磨损加快,刀具寿命降低。硬质合金涂层刀具的主要磨损形式是前刀面磨损和后刀面磨损,前刀面磨损机理主要是粘结磨损、涂层剥落、切削刃微崩刃;后刀面磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、微裂纹。     

表面织构在刀具上的结构设计与分析

基于仿生摩擦学原理,运用有限元分析软件Deform-3D分别对普通成型车刀和具有微结构的车刀进行模拟切削仿真。分别得出正常刀具前刀面和具有微结构刀具前刀面的磨损情况、切削力大小、切削温度及应力应变的分布情况并进行比较分析。并提出微量润滑与微结构双重效应的刀具减磨技术。