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...     

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。     

一种Al2O3基陶瓷刀具的切削性能研究

采用热压工艺制备了一种Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具材料,对其进行了切削性能试验,分析了其切削磨损机理并比较了三种陶瓷刀具的切削性能。试验结果表明,在切削淬硬45^#钢和铸铁时,Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的耐磨性与Al2O3／TiC陶瓷刀具接近,但明显高于Al2O3／TiC／CaF2自润滑陶瓷刀具;Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具的后刀面磨损量随切削速度和背吃刀量的增加而增大。SEM分析发现,在切削淬硬45^#钢和铸铁时Al2O3／Ti（CN）陶瓷刀具后刀面主要磨损形式为磨粒磨损。     

新型陶瓷刀具LD—1的切削性能

对新型陶瓷刀具ＬＤ－１切削超高强度钢和淬硬钢时的切削性能作了试验研究，结果表明，ＬＤ－１刀具较其它Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ系陶瓷刀具更适于断续切削加工，因而具有较大的推广应用价值。     

微织构陶瓷刀具切削性能的有限元分析

为了研究表面织构对陶瓷刀具切削性能的影响,利用ABAQUS对其正交切削45淬火钢的过程进行二维仿真,分析了织构的参数对切削力、切削温度和刀具应力场的影响规律。结果表明:织构的宽度和间距对刀具的性能有重要影响,宽度较小的表面织构具有较好的减摩作用,当宽度大到一定程度,织构会对切屑产生二次切削,削弱甚至抵消织构的减摩作用;间距越小,起作用的织构的个数越多,刀具的性能越好,故在刀具表面置入合理参数的织构可以有效延长刀具的使用寿命。     

微织构Al_2O_3-TiC陶瓷刀具切削性能仿真研究

前刀面有微织构的刀具与无织构刀具的切削性能不同。为了研究Al_2O_3-Ti C陶瓷刀具前刀面凹坑微织构分布对刀具切削性能的影响,使用ABAQUS对陶瓷刀具进行三维建模,将模型导入有限元分析软件Advantedge中,在相同条件下,对无微织构和有微织构刀具进行三维切削仿真,对比其切削力、切削温度及应力分布,结果表明,具有特定凹坑微织构参数的Al_2O_3-Ti C刀具在切削过程中可降低切削力,改善温度和应力分布。     

不同摩擦因数下织构刀具和普通刀具切削性能比较

为选择合适的切削刀具以节约生产成本,采用有限元方法,在不同工况下分别对普通刀具和表面织构CBN刀具切削AISI4340材料的过程进行仿真,研究不同摩擦因数下普通刀具和表面织构刀具的切削性能,得到不同摩擦因数下切削力、切削温度和应力场分布规律。结果表明:随着摩擦因数的增大,普通刀具和表面织构刀具切削时的切削温度、所受的应力和切削力均呈增大的趋势,但相对普通刀具而言,在摩擦因数增大到一定程度时,表面织构刀具的温度、所受的应力应变上升有所减缓,有利于延长刀具的使用寿命。研究表明:当切削过程的摩擦因数低于0.3时,可采用普通刀具节约生产成本;当摩擦因数增大到0.3以上时,织构刀具的温度、切削力和应力分布相比普通刀具有明显优势,采用织构刀具可延长刀具的使用寿命。     

新型陶瓷刀具LD－1的切削性能

对新型陶瓷刀具ＬＤ－１切削超高强度钢和淬硬钢时的切削性能作了试验研究，结果表明，ＬＤ－１刀具较其它Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ系陶瓷刀具更适于断续切削加工，因而具有较大的推广应用价值。     

高温自润滑陶瓷刀具材料及其切削性能的研究

以TiB2为添加剂,Al2O3为基体,制备了Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料。以该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用其在切削高温作用下的摩擦化学反应,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Al2O3/TiB2陶瓷刀具材料本身的高温自润滑。研究了Al2O3/TiB2陶瓷刀具在切削高温作用下刀具表面的摩擦化学反应机理,分析了刀具表面自润滑膜的组成结构。结果表明：Al2O3/TiB2陶瓷刀具在干切削淬硬钢时,当切削速度大于120 m/min时,开始表现出高温自润滑性能。自润滑膜的组成为Al2O3/TiB2陶瓷刀具中TiB2的氧化产物,它能在刀具表面起到固体润滑剂的作用,进而降低前刀面的摩擦因数,减轻刀具的粘着磨损,提高刀具的耐磨性能,具有良好的减摩和抗磨作用。     

沟槽形微织构刀具切削性能仿真研究

为 揭 示 表 面 微 织 构 形 貌 对 刀 具 切 削 性 能 的 影 响 ,以 沟 槽 微 形 微 织 构 和 无 织 构 硬 质 合 金 刀 具 为研 究 对 象 ,运 用Ａ ｄｖａｎｔＥｄｇｅ 软 件 开 展 Ｔｉ６ Ａｌ４ Ｖ干 切 削 仿 真 研 究 。 结 果 表 明 ,相 比 于 非 织 构 刀 具 ,微 织 构 刀具 散 热 性 能 更 优 ,切 削 力 和 切 削 刃 最 大 应 力 均 更 低 。 研 究 方 法 可 为 微 织 构 刀 具 设 计 提 供 一 定 的 参 考 。     

非对称织构对YT15硬质合金刀具切削性能及其衍生切削的影响

为研究非对称织构对刀具的切削性能及其对衍生切削的影响,基于Johnson-Cook模型,利用有限元分别进行无织构刀具(NT)、正向非对称织构刀具(FT)和反向非对称织构刀具(RT)切削45钢的仿真分析,并进行相应的切削实验,对比分析了NT、FT和RT的切削力、切削温度、切屑形态、衍生切削和刀具磨损等。研究发现非对称织构刀具的切削性能要优于无织构刀具,但织构的存在同时会诱发衍生切削现象,对切削性能产生一定的负面影响,加剧刀具磨损。NT、RT和FT的平均主切削力分别为601.9、196.4和419.1 N,织构刀具的切削力较无织构刀具减少了约30.4%～67.4%。结果表明,引入织构后有利于增大剪切角、降低切削力、改善刀尖温度分布和减少切屑的黏附,提高切削稳定性;但织构诱发的衍生切削会加剧织构在切屑流出端的刀面磨损,会在一定程度上影响切削温度、增大切削力,织构与衍生切削的耦合作用使得RT的切削性能优于FT。     

基于固体润滑剂与原位反应双机制自润滑陶瓷刀具

采用真空热压烧结工艺,以Al2O3/TiB2为基体、CaF2为添加剂制备了Al2O3/TiB2/CaF2(ABF)自润滑陶瓷刀具,并对其进行了摩擦磨损试验和淬硬钢干切削试验。在摩擦磨损试验过程中,测定了4种不同CaF2含量的ABF陶瓷材料样品。摩擦磨损试验结果表明,ABF材料的平均摩擦因数随着CaF2含量的增加而减小,这是因为固体润滑剂CaF2在磨损过程中生成的润滑膜起到了一定的减摩作用。将ABF刀具和普通陶瓷刀具(AG2)在120 m/min切削速度下对45淬硬钢进行干切削试验,切削试验结果表明,ABF前刀面的平均摩擦因数比AG2陶瓷刀具前刀面的平均摩擦因数要显著偏小,主要原因是ABF自润滑陶瓷刀具在高速切削时,固体润滑剂CaF2和自身TiB2的原位反应同时生成了润滑膜,这种双重机制下生成的润滑膜具有极佳的润滑性能,其润滑效果随温度和切削速度的增加而显著提高。     

织构化刀具切削性能测试及切削温度仿真分析

研究织构化硬质合金刀具对切削Ti6Al4V钛合金性能的影响。在干切削和低温微量润滑(CMQL)条件下,通过开展无织构和织构化刀具切削试验,分析不同刀具在不同润滑条件下切削力和摩擦因数变化规律。结果表明:微沟槽刀具在CMQL条件下的切削性能最好,在干切削条件下的切削性能最差,表明微沟槽在CMQL条件下能有效改善刀具的摩擦学性能,而在干切削条件下反而增大了刀具的摩擦磨损。通过仿真分析织构化刀具高速干切削条件下的切削温度,结果表明:织构化刀具干切削条件下的切削温度高于无织构刀具,这是因为表面织构增大了刀具表面的粗糙度,加剧了刀-屑界面摩擦。     

表面微织构刀具切削加工技术

刀面微织构改变了刀具与切屑之间的摩擦状态,表面微织构刀具在切削中能够降低刀具磨损、提高刀具寿命和切削性能,研究表面微织构刀具的切削加工技术具有重要意义。通过对表面微织构刀具切削加工技术进行综述,介绍了表面微织构刀具制备方法以及表面微织构刀具在切削加工过程中的切削力、切削温度、刀具磨损、工件加工表面粗糙度的影响规律,梳理了表面微织构在不同刀具上的应用,对表面微织构刀具切削加工技术的未来发展趋势进行了展望。     

多形态微织构刀具切削性能仿真研究

应用AdvantEdge FEM软件对多形态微织构刀具切削Ti-6Al-4V合金进行了一系列的切削仿真。在SolidWorks软件中建立具有刀具角度参数相同的无织构、横向织构、纵向织构、凹坑织构、纵横织构、凹坑纵横织构刀具,然后导入AdvantEdge FEM软件中,进行切削参数一致的切削仿真。对比分析6种仿真结果发现,无织构刀具切削力最大,纵横织构刀具切削力最小;无织构刀具前刀面有明显的超高温区,凹坑纵横织构刀具温度高温区域最小,纵横织构刀具峰值温度最低。说明纵横织构可以有效降低切削力,减小刀具高温区,降低刀具峰值温度。多形态织构比单一形态织构具有更好地的切削性能,可以更好地延长刀具寿命。     

推动陶瓷刀具研究走上国际先进行列

介绍作者多年来在国家自然科学基金资助下研究陶瓷刀具切削加工基本理论及其应用,成功地研究开发了多种新型瓷刀具材料,开创了国内外融合陶瓷刀具材料和陶瓷切削学于一体的陶瓷刀具研究新体系。这些研究为推动我国瓷刀具研究走上国际先进行列有重要的意义。     

涂层刀具表面织构化及切削性能研究

采用激光技术在基体为硬质合金的涂层刀具前刀面易发生月牙洼磨损区域进行织构化处理,制备涂层织构化刀具;在液体润滑条件下进行切削试验,研究其切削性能,并与硬质合金织构化刀具及传统刀具进行比较。结果表明:与传统刀具相比,硬质合金织构化刀具和涂层织构化刀具能够有效降低切削力、切削温度和刀屑接触面摩擦因数,涂层织构化刀具效果尤为明显;液体润滑时,由于织构的存在,润滑剂能够渗入到硬质合金织构化刀具和涂层织构化刀具刀屑接触面,因而具有良好的抗黏着性及耐磨性,其中涂层织构化刀具最优。     

微织构刀具超声振动辅助加工切削性能仿真研究

对微织构刀具在超声振动辅助加工时的切削性能进行仿真研究。在研究中,在CAXA软件中建立刀具参数相同的二维刀具和微织构刀具,导入AdvantEdge软件,分别进行二维普通刀具切削、二维微织构刀具切削、二维普通刀具超声振动切削、二维微织构刀具超声振动切削,对比分析四种切削的仿真结果。通过仿真研究发现,微织构结构可以有效降低刀具温度,高温区域明显减小,同时可以减小刀具应力,减小高应力区域,对切削力的影响则不大。超声振动辅助加工可以有效减小切削力,降小刀具应力,对刀具温度的影响则不大。微织构结构和超声振动辅助加工同时作用,刀具温度最低,切削力和应力最小,并且可以延长刀具寿命。     

切削速度对微织构涂层刀具切削性能的影响

为了探究前后刀面微织构涂层刀具在不同切削速度下的切削性能变化规律,利用光纤式激光器在涂层刀具的前刀面和后刀面上分别制备出圆孔和直槽混合微织构,使用该刀具在38CrMoAl氮化钢上进行切削实验。结果表明,随着切削速度的增加,无织构刀具和前刀面织构刀具的切削温度变动范围不大,前后刀面混合微织构刀具的切削温度最大值比无织构刀具的切削温度最大值降低了13%～27%;织构刀具切削力的降低幅度,随着切削速度的增加而增加,相对于无织构刀具的切削力,其最大降幅近40%;在切削速度为80 m/min时,织构刀具对应的表面粗糙度值几乎相等,在其他切削速度时,前后刀面织构刀具对应的表面粗糙度值均小于前刀面织构刀具对应的值,并且表面粗糙度值随着切削速度的增加而降低;振动信号结束段和起始段频谱幅值的变化范围随着切削速度的增加而变得明显。与无织构刀具相比,织构刀具在不同切削速度下均可以改善刀具的切削性能,特别是后刀面织构的存在,这种改善效果更加明显。