硬质合金刀具车削Ti6Al4V切削力及刀具磨损研究

1研究背景 Ti6Al4V是典型的α-β钛合金,能在400℃下稳定工作,因此,在航空、船舶领域应用非常广泛.     

电场对WC-Co/Ti6Al4V摩擦磨损性能的影响

为了研究电场对摩擦副摩擦磨损性能的影响,在自行设计的高速摩擦磨损试验装置上,进行了WC-Co/Ti6Al4V摩擦副的摩擦磨损试验。结果表明：断开摩擦副热电回路可以有效地减小热电流对WC-Co/Ti6Al4V摩擦副摩擦磨损的影响,静电冷却环境下形成的强电场的效果更加明显,在抑制摩擦副磨损的同时还可以改善
Ti6Al4V磨损表面质量。通过扫描电镜及EDS能谱分析可知,静电冷却条件下的列宾捷尔效应削弱了钛合金的黏着能力,从而有效地减小了WC-Co的黏着磨损;WC-Co在高速摩擦时主要以黏着磨损、氧化磨损为主,同时伴有微裂纹的产生。
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切削用量对车削Ti6Al4V切削力影响的研究

通过硬质合金刀具高速干切削Ti6Al4V钛合金的试验,分析了切削用量对切削力的影响.试验结果表明:在切削三要素中,切削深度和进给量对切削力的影响较大,切削速度对于切削力的影响较小.进给量对背向力的影响最大,切削深度对进给力的影响最大.刀尖圆弧半径对于进给力和背向力的变化规律有重要影响.     

Ti6Al4V的微磨粒磨损研究

研究了医用Ti6Al4V合金在蒸馏水中的微磨粒磨损行为,考察了载荷、滑行距离、料浆浓度和转速对微磨粒磨损规律的影响,并对微磨粒磨损机制进行了讨论。结果表明:随载荷、滑行距离和料浆浓度的增加,Ti6Al4V合金的磨损量增加,磨损机制由三体磨损转变为混合磨损。     

Ti6Al4V钛合金枪钻加工的切削力试验研究

钛合金在深孔加工过程中存在刀具磨损严重和加工表面质量差等问题。本文采用整体硬质合金单刃枪钻作为深孔加工刀具,通过对刀具结构的分析和对Ti6Al4V钛合金深孔钻削的切削力试验研究,得到工艺参数对切削力的影响规律,结合制孔的表面粗糙度,优化了钛合金枪钻加工工艺参数。同时,通过刀具的磨损分析得到了钛合金枪钻加工过程中刀具的主要磨损形式。     

硬质合金刀具铣削Ti6Al4V时刀具磨损及切削力研究

对硬质合金刀具在干切削状态下铣削Ti6Al4V磨损机理和切削力进行了试验研究,切削速度分别为40、80、120、160m／min。分析了切削力与切削方式、切削速度、切削路程的关系。最后,对刀具的磨损形态和磨损机理进行了探讨。结果表明粘结、扩散是硬质合金铣刀的主要磨损机理。     

脂肪醇对Ti6Al4V/钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用SRV型摩擦磨损试验机分别考察了Ti6Al4V/钢摩擦副在多种脂肪醇润滑下的摩擦磨损性能。结果表明,与液体石蜡相比,碳链长度小于碳8的脂肪醇作为Ti6Al4V/钢摩擦副的润滑剂表现出良好的润滑性能,其润滑机制是在Ti6Al4V磨损表面形成吸附膜。载荷和频率明显影响Ti6Al4V/钢摩擦副在脂肪醇润滑下的摩擦磨损行为和摩擦磨损机制:当载荷较小时,Ti6Al4V磨损表面主要发生轻微的擦伤;随着载荷增加,Ti6Al4V磨损表面擦伤严重并在更高载荷下发生较为严重犁沟和塑性变形。     

硬质合金刀具高速切削Ti6Al4V合金时扩散磨损的数值模拟

应用通用商业有限元软件Deform-2D,对航空用钛合金Ti6Al4V进行了不同冷却润滑条件下的正交切削有限元模拟。在参考已有刀具扩散磨损率模型的基础上,利用有限元模拟出的刀具/工件接触区的切削温度与相对滑动速度等基本变量,对高速切削钛合金Ti6Al4V时的WC-Co类硬质合金刀具前刀面的扩散磨损率进行了预测,进而分析了切削介质的冷却与润滑作用对刀具扩散磨损率的影响。研究结果表明:切削介质的润滑作用对刀具前刀面的扩散磨损率具有较大影响,而切削介质的冷却作用则对刀具前刀面扩散磨损率无显著影响。     

基于AdvantEdge的Ti6Al4V钛合金多工步切削加工表面残余应力分析

本文基于Third Wave AdvantEdge软件,采用Johnson-Cook本构模型和库伦摩擦模型建立了Ti6Al4V合金多工步切削有限元模型,且基于已有文献验证了模型的准确性。以工件已加工表面残余应力为研究对象,分析了切削速度、进给量及刀具涂层对不同工步作用下残余应力的影响,得出可供参考的结论。     

碳酸酯对Ti6Al4V/钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用SRV型微动摩擦磨损实验机分别考察了Ti6Al4V-钢摩擦副在2种碳酸酯润滑下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析了Ti6Al4V磨斑表面形貌和典型元素的化学状态。结果表明,2种碳酸酯作为Ti6Al4V/钢摩擦副的润滑剂所表现出的减摩抗磨和承载能力优于其相对应的脂肪醇;载荷和频率明显影响Ti6Al4V/钢摩擦副在碳酸酯润滑下的摩擦磨损行为;碳酸二-2-乙基己酯所表现出的减摩抗磨和承载能力明显优于碳酸二辛酯;2种碳酸酯对Ti6Al4V/钢摩擦副的润滑机制为在Ti6Al4V磨损表面形成吸附膜,从而起到减摩抗磨的作用。     

磷嗪对Ti6Al4V/钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用SRV型微动摩擦磨损实验机考察Ti6Al4V-钢摩擦副在磷嗪(X-1P)润滑下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪分析Ti6Al4V磨斑表面形貌和典型元素的化学状态。结果表明,X-1P作为Ti6Al4V-钢摩擦副的润滑剂,具有很好的润滑性能;摩擦因数随载荷的增加变化不显著,磨损率随载荷的增加逐渐增大;频率和振幅明显影响摩擦学性能,磨损率随频率的增加逐渐减小,随振幅的增加逐渐增大;在Ti6Al4V-钢摩擦副中,X-1P由于含有极性元素F、P,Ti6Al4V的磨损表面主要发生腐蚀磨损,其磨损机制为X-1P在磨损表面发生摩擦化学反应,形成一层含O、C、F、N、P的保护膜以及金属氟化物,从而起到抗磨减摩作用。     

航空钛合金Ti6Al4V微细铣削加工数值模拟与试验研究

根据实际微细铣削加工方法,采用DEFORM软件建立螺旋立铣刀铣削加工分析模型,利用该模型分析硬质合金刀具铣削加工航空用钛合金Ti6Al4V过程中的铣削力变化,在相同条件下进行铣削加工试验。试验结果表明:随着铣削的进行,刀具与切屑逐步接触,各个铣削方向切削力逐渐增加;随着铣削的进行,切削厚度逐渐减小、铣削温度升高、工件材料力学性能和铣削力开始降低;铣削深度、单齿进给量及铣削速度对铣削力均有不同程度的影响,其中单齿进给量影响最大。     

辉光离子渗氮对Ti6Al4V合金在航空煤油中摩擦学性能的影响

为改善钛合金在航空煤油中的摩擦学性能,采用辉光离子渗氮技术对Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。分析了渗氮层的表面形态、组织结构、显微硬度沿层深的分布,对比研究了钛合金基体、渗氮层和5CrMnMo工具钢在航空煤油中分别与GCr15钢及QSn4-3铜合金配副对磨时的耐磨性能,并探讨了渗氮层的表面粗糙度对摩擦磨损行为的影响。结果表明:Ti6Al4V钛合金表面渗氮层硬度明显高于5CrMnMo工具钢,经表面抛光后处理,其耐磨性能显著优于钛合金基材与5CrMnMo工具钢,同时也有效降低了摩擦配副的表面磨损。研究同时发现QSn4-3铜合金配副的磨损体积损失与渗氮层的表面粗糙度呈线性递增关系,原因归于铜合金配副的磨损失效由渗氮层表面微凸体的磨粒磨损作用及航空煤油的润滑状况决定。     

高速铣削加工钛合金Ti6Al4V的切削力和表面粗糙度试验

利用单因素实验法对高速铣削Ti6Al4V过程中各切削要素对切削力的影响进行分析,切削力随着切削速度的增加先增大后减小,随着每齿进给量和切削深度的增加而增大;利用正交试验法对高速铣削Ti6Al4V进行粗糙度分析,得出每齿进给量对工件表面粗糙度的影响最大,其次分别是切削速度、径向切深和轴向切深。     

钛合金铣削加工刀具磨损有限元预测分析

钛合金Ti6Al4V因其优良的综合性能在航空航天领域有着广泛的应用。然而,在钛合金切削过程中,极易出现刀具磨损现象。目前尚缺乏钛合金加工用刀具寿命预测的有效手段和方法。针对这一问题,基于刀具在铣削工作过程中受到的热力耦合作用,利用Fick扩散定律揭示了刀具扩散磨损机理,构建刀具磨损模型;利用有限元仿真软件Advant Edge的二次开发技术,将刀具磨损模型嵌入到有限元模型中,进行刀具磨损的预测;进而借助刀具寿命试验,验证了刀具磨损模型的可靠性。     

Ti6Al4V合金在Saline溶液中的微动腐蚀特性

采用液压高精度微动试验机,做了Ti6A l4V/Si3N4摩擦副在干态、蒸馏水和Saline溶液等3种介质中的微动腐蚀试验,用激光共焦扫描显微镜(LCSM)观察了磨痕表面形貌并测量了磨损体积。结果表明:蒸馏水和Saline溶液改变了微动运行区域;空气中的摩擦因数与磨损体积最大,Saline溶液中最小,3种介质中的摩擦因数与磨损体积均随位移增加而增加;载荷增加时,磨损体积增大而摩擦因数减小;较大位移时,腐蚀与磨损交互作用显著地加速了Ti6A l4V的材料流失;微动损伤主要表现为剥落与磨粒磨损共同作用。     

基于用户材料二次开发的Ti6Al4V切削加工三维有限元模拟

采用Ti6Al4V在大应变、高应变率和高温条件下的流动应力模型,通过用户材料二次开发写入Deform-3D材料库中,在此基础上开展了不同参数条件下Ti6Al4V高速车削加工的热—力耦合有限元模拟试验,对切削力、切削温度和刀具磨损随切削参数的变化进行深入研究。与试验结果的比较表明,采用二次开发的用户材料模型,可以提高切削力仿真精度,实现对整个切削过程的更准确预测。对切削力影响由大到小依次是背吃刀量、进给量、切削速度。从切削力的角度来选择切削参数时,优先选取较高的切削速度,其次考虑较大的进给量。对切削温度影响最大的是切削速度,且切削速度与切削温度呈正比关系,背吃刀量影响最小。从切削温度角度选择切削参数时,应选用较大的进给量和背吃刀量,适当减小切削速度。切削速度对刀具磨损的影响最大,所以,为了延长刀具的使用,必须合理地选择切削速度。     

高速切削Ti6Al4V钛合金时切削温度的试验研究

应用硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金材料进行了高速车削和高速铣削试验,研究分析了干切削、空气射流及氮气射流条件下的切削温度变化情况。研究结果表明,氮气射流及空气射流条件下的切削温度明显低于干切削条件下的切削温度,而氮气射流条件下的钛合金高速切削温度则略低于空气射流条件下的切削温度。     

硬质合金刀具高速干车削Ti6Al4V切削力及刀具寿命研究

主要对硬质合金刀具在较高的速度范围内干车削Ti6Al4V进行了正交试验。获得了干切削状态下切削力与刀具寿命的经验公式,分析了切削力、刀具磨损与切削路程-试验时间的关系,同时研究了刀具的磨损形态和磨损机理,粘结、扩散、氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。最后。通过对刀具寿命-切削效率的分析,给出了硬质合金刀具在干切削状态下合理的切削参数。     

硬质合金刀具铣削Ti6Al4V材料性能研究

Ti6Al4V材料具有良好的性能,广泛应用于航空、航天、医学等领域。这一材料属于典型难加工金属材料,对刀具的切削性能要求较高。对YG6硬质合金刀具干式铣削Ti6Al4V材料时的刀具磨损形态、切削力、切屑形态进行了研究,结果表明,在其它切削参数相同的条件下,低速切削时刀具磨损主要表现为粘结磨损、磨粒磨损、边界磨损。随着切削速度的加快,刀具磨损加剧,主切削刃出现微崩刃。在较高的切削速度和较大的进给量下,刀具磨损进一步加剧,刀尖处磨损最为严重,前刀面出现剥落现象。在进给量和切削深度保持不变的情况下,切削速度加快,切削力出现减小的趋势。YG6刀具切削Ti6Al4V材料容易形成节状切屑,这会对加工表面质量产生不利影响。