端铣加工中刀具的热破损

本文运用激光束冲击实验,测量了动态铣削刀具的温度场,并用有限元方法进行了计算和理论分析。发现当前人们普遍接受的刀具热破损理论有误,端铣加工中刀具的热裂纹和热破损不是在切出瞬间生成的。     

硬质合金刀具热破损机制的模拟性研究

利用强激光模拟实验,对硬质合金刀具在端铣过程中的温度变化规律进行了模拟。扫描电镜分析结果显示,热源的热冲击会产生以热源为中心的径向裂纹。实验中发现,裂纹萌生寿命,每一次冲击所引起的裂纹长度的增加量,以及裂纹总量的增加都具有相当大的随机性。刀具中原有缺陷的随机性秒同区域微观性能的随机性是引起热裂纹萌生和扩展随机性的主要原因。有限元法分析的结果表明,在最高温度为1000℃时,最大热拉应力小于材料的抗拉强度,而最大热剪力应较大,因此,最大剪应力理论可作为刀具热裂的判据。     

陶瓷刀具断续车削钢时破损判据的研究

本文分析研究了陶瓷刀具断续车削时破损的特点,提出了一个新的断裂力学——随机特性陶瓷刀具破损判据。通过陶瓷刀具力学性能测定和破损寿命随机特性切削试验,以及刀具应力有限元计算表明,根据本文所提破损判据计算得的陶瓷刀具理论破损寿命及其分布规律,经过一定修正后,与试验结果基本一致。刀具破损面的SEM分析也说明,陶瓷刀具的后期破损具有疲劳破坏的特性。     

高速刀具破损检测的新型激光刀具识别系统

Renishaw TRS2刀具识别系统是一种经济有效的解决方案，可在多种机床上进行可靠、快速的刀具破损检测，消除了因刀具破损所造成的废品、返工、机床停机等问题。采用Renishaw独创的ToolWisew^TM技术，TRS2能够在300mm范围内检测直径小至0．2mm（依据刀具表面粗糙度、机床环境及安装情况而定）的刀具。刀具通常在激光光束中停留约为1s,TRS2也适合于在大批量生产环境中以及低速、中速和高速主轴机床上使用。     

PCBN端铣刀精铣淬火钢时刀具合理几何参数的选择

通过铣削试验研究了PCBN端铣刀精密铣削淬火钢时刀具几何参数的选择,根据刀具最大耐用度原则确定了合理的刀具几何参数,并结合铣削力试验结果从理论上探讨了刀具几何参数对其耐用度的影响机理。     

陶瓷刀具干切削淬硬钢的研究

通过采用陶瓷刀具对８６ＣｒＭｏＶ７淬火态轧辊钢进行干切削试验,分析了干切削淬硬钢的特点,研究了陶瓷刀具材料及刀具几何参数的优选、刀具磨损特性及Ｔ┐Ｖ规律、加工表面粗糙度等,得出了对实际加工具有指导和参考作用的结论。     

陶瓷刀具的破损寿命及其可靠性

利用切削试验与Monte Carlo仿真相结合的方法，建立了刀具破损寿命与抗弯强度的函数关系，给出了计算陶瓷刀具破损寿命可靠性的计算模型。计算结果证明，在切削条件不变的前提下，破损寿命由抗弯强度决定，其可靠性受抗弯强度的Weibull分布参数的影响。     

先进陶瓷刀具材料的破损性能

研究了稀土补强Ａｌ２Ｏ３／（Ｗ,Ｔｉ）Ｃ陶瓷刀具材料的破损性能,发现在断续切削淬硬４５钢时,该刀具材料具有较镐的抗破损性能,其抗破损性能比相应不含稀土的Ａｌ２Ｏ３／（Ｗ,Ｔｉ）Ｃ陶瓷刀具材料提高约２０％,在不同的切削条件下,疲劳裂纹和热裂纹是造成刀具材料失效的主要原因。     

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。     

小直径铣刀铣削淬硬钢切入过程的动力学仿真研究

小直径铣刀是硬铣方式加工复杂型面淬硬模具必不町少的刀具之一，但其切人过程的崩刃、断刀现象非常突出。文中采用动力学仿真软件ADAMS，对小直径铣刀在不同切削参数条件下的切人过程进行仿真分析，以确定小直径铣刀切人过程的载荷、运动形式；然后根据仿真分析的载荷结果，用有限元分析软件ANSYS确定不同切削参数下，铣刀切人过程对刀刃的应力、变形影响，为寻求合理的切人条件、减少刀具破损和提高加工效率提供参考。     

评价新型陶瓷刀具破损可靠性的新指标

陶瓷刀具材料的断裂韧度（ＫＩＣ）、抗弯强度（σｂｂ）和硬度（ＨＲＡ）等具有随机特性。文中研究了新研制的陶瓷刀具ＪＸ－２－Ｉ力学性能（ＫＩＣ、σｂｂ和ＨＲＡ）的随机性及界面结合强度（τｆ）和ＪＺ－２－１端铣４５钢时刀具破损的随机性。结果表明它们均较好地服从威布尔分布，因此，可以用界面结合强度评价陶瓷刀具破损的可靠性。同时探讨了ＫＩＣ，τｆ和刀具破损随机分布之间的关系，最后提出了控制刀具材料质量的措施     

陶瓷材料断裂韧度的非局部理论研究

利用非局部弹性理论和最大拉应力准则，推导了陶瓷材料Ⅰ，Ⅱ型裂纹平面应为断裂韧度的理论计算公式，公式与裂纹几何无关，仅与材料参数有关。通过实验得出，断裂韧度的理论值是测试值的下限。     

INVESTIGATION OF THE TOOL WEAR AND SURFACE FINISH IN LOW-SPEED MILLING OF STAINLESS STEEL UNDER FLOOD AND MIST LUBRICATION

This paper examines the performance of AlN/TiN coated carbide tool during milling of STAVAX® (modified AISI 420 stainless steel) at a low speed of 50 m/min under conventional flood and mist lubrication. Abrasion, chipping, fracture resulting in the formation of crater and catastrophic failure are the wear mechanisms encountered during machining under flood lubrication. The flank wear, and the likeliness of the cutting tool to fracture, chip and fail prematurely increased with an increase in the hardness of the workpiece and a reduction in the helix angle of the tool. Small quantity of mineral oil sprayed in mist form was effective in reducing the flank wear and severity of abrasion wear, and preventing the formation of crater and the occurrence of catastrophic failure. In milling 35 and 55 HRC-STAVAX® using a feed rate of 0.4 mm/tooth and a depth of cut of 0.2 mm under mist lubrication, the cutting edge of the 25° and 40° helix angle tools only suffered small-scale edge chipping and abrasive wear throughout the entire duration of testing. The influence of the ductility of the workpiece on the surface finish and the effectiveness of mist lubricant in improving the surface finish are also discussed.     

评价断续车削淬硬钢时硬质合金刀片抗早期破损能力的一个新参数

本文通过分析和实验,提出了用能量法来评价刀片抗早期破损能力的观点。文中分析了切削过程中的能量转换关系,指出切削过程中的各类能量可以通过实测的宏观物理量——切削力、切削温度等来加以衡量,并建立了表明各类能量之间分配关系的回归方程式。对在实际切削条件下所测得的回归诸元进行分析计算,获得了一个与刀片早期破损具有相关关系的实验参数——临界单位冲击功率e。由于e是在实际切削条件下获得的实验参数,在评价刀片抗早期破损的能力方面,可望比沿用的静态材料力学参数具有更大的优越性。     

AN 'EFFECTIVE CUTTING TOOL THERMAL CONDUCTIVITY' BASED MODEL FOR TOOL-CHIP CONTACT IN MACHINING WITH MULTI-LAYER COATED CUTTING TOOLS

This paper presents a new modeling approach, based on Oxley's predictive model, for predicting the tool-chip contact in 2-D machining of plain carbon steels with advanced, multi-layer coated cutting tools. Oxley's original predictive model is capable of predicting machining parameters for a wide variety of plain carbon steels, however, the tool material properties and their effects are neglected in the analysis. In the present work, the effect of the tool material, more particularly, the effect of multiple coating layers and the individual coating thicknesses on the tool-chip contact length in orthogonal machining is incorporated. The results from the model predict the tool-chip contact length with respect to major cutting parameters such as feed and rake angle, work material parameters such as the carbon content in the steel, and varying thicknesses and combinations of coating layers. This model enables more precise cutting tool selection by predicting the relative tribological impact (in terms of tool-chip contact length) for a variety of multi-layer coated tools.     

CUTTING PERFORMANCE AND WEAR MECHANISM OF Si3N4-BASED NANOCOMPOSITE CERAMIC CUTTING TOOL IN MACHINING OF CAST IRON

A type of Si₃N₄-based nanocomposites ceramic cutting tool material was prepared by the addition of nano-scale Si₃N_4W whisker and nano-scale TiN particle. Cutting performance of the Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite ceramic tool in machining of cast iron was investigated in comparison with a commercial sialon ceramic tool, and the tool wear mechanism was studied. The two types of cutting tools have similar cutting performance at relatively low cutting parameters, while Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite tool exhibits a better wear resistance than sialon tool at the relatively high cutting parameters. The wear of sialon ceramic cutting tool is dominated by the plastic deformation, abrasive action, microcracking, pullout of grains and chemical action at the higher cutting parameters. The higher mechanical properties, and the refined matrix grains, intragranular TiN grains and dislocation in the microstructure improve the resistances to plastic deformation, microcracking, and pullout of grains for Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite ceramic cutting tool. The wear of Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite ceramic cutting tool is dominated by the abrasive and chemical actions at the higher cutting parameters.     

10Cr9Mo1VNbN铁素体钢的动态断裂韧度

采用标准夏比Ｖ型缺口试样的示波冲击试验获得了１０Ｃｒ９Ｍｏ１ＶＮｂＮ钢的冲击特性和动态断裂韧度,对冲击过程进行了断裂力学分析,并检验了裂纹启裂能量,裂纹扩展能量,总冲击能量,动态断裂韧度之间的相关性。     

高速工具钢的超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为

为了研究高速工具钢超长寿命S-N曲线特征和内部裂纹萌生行为,使用沙漏形状试样在室温空气环境下进行旋转弯曲的疲劳试验。结果表明,材料的S-N曲线均由表面裂纹萌生型和内部裂纹萌生型组成。表面裂纹萌生型的S-N曲线位于高应力幅短寿命区,内部裂纹萌生型的S-N曲线位于低应力幅长寿命区。前者的S-N曲线向后者的转移几乎是连续的,回火温度对疲劳强度和寿命没有明显的影响。分别使用扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和电子探针X射线微区分析仪对内部裂纹萌生位置和材料组织进行对比观察,在萌生内部裂纹的夹杂物周围存在一个颗粒区域,该区域内凸起的颗粒是组织中的球形碳化物。颗粒区是在内部裂纹扩展的应力强度因子门槛值范围以下形成的,对超长寿命疲劳起着重要的作用。     

40Cr钢磨削强化的试验与数值仿真

利用磨削过程中产生大量的磨削热使40Cr钢表层的温度升高,超过奥氏体化的温度,然后快速冷却,使40Cr钢表层发生马氏体相变,达到强化40Cr钢表层的目的。在磨床上对40Cr钢进行磨削试验,观测并分析工件横断面相变层的组织变化、厚度值和硬度变化,以及加工后工件表面的粗糙度。借助有限元分析方法,对工件的温度场进行仿真,得出工件各处的温度变化历程,由马氏体相变条件来获得表层马氏体相变层的厚度值。试验结果表明,40Cr钢的表层发生了马氏体相变,表层的硬度值得到极大提高,表面粗糙度也满足常规磨削的要求。由有限元仿真得出的相变层厚度值和试验结果相吻合。因此利用磨削强化技术替代40Cr钢高频淬火强化工艺是可行的,并且这项技术可以对其他合金钢进行强化。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测相变是否发生和相变层的厚度,优化磨削参数,减少试验研究的次数和成本。