切削BT20钛合金材料中刀具磨损研究

钛合金广泛应用于航空航天工业，是典型的难加工材料。随着材料科学的迅猛发展，国内外研究出许多新品种的钛合金，对其切削加工性进行研究具有重要的理论意义和实践价值。     

TB9钛合金超声辅助切削试验研究

钛合金作为航空紧固件的主要原材料,其加工性能直接决定了航空紧固件的服役性能,进而影响着航空装备的可靠性,改善钛合金的机械加工性能是提高航空紧固件的有效方法。文章以TB9高强钛合金为研究对象,主要对比传统切削加工和超声切削加工在主切削力、表面加工形貌以及刀具磨损特征等方面的不同,结果表明了与传统切削相比,超声切削有效降低了切削过程中的切削波动,并降低了加工中的切削力;同时超声切削引起的机械划痕深度降低了61.34%,且随着超声振幅的增加,TB9钛合金试样的表面加工质量显著提高、硬质合金刀具的氧化磨损程度降低。     

激光超声复合切削硬质合金的刀具磨损及其对工件表面质量的影响

基于激光加热辅助切削和超声椭圆振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具对YG10硬质合金进行了常规切削,超声椭圆振动切削,激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验。检测了刀具磨损量、刀具磨损形貌、工件表面粗糙度以及工件表面形貌,并通过扫描电镜(SEM)对刀具磨损区域进行了能谱分析,同时研究了激光超声复合切削硬质合金时PCBN刀具的磨损及其对工件表面质量的影响。最后,与常规切削、超声振动切削及激光加热辅助切削进行了对比试验。结果表明:激光超声复合切削时刀具使用寿命显著增加,加工后的工件表面粗糙度平均值分别降低了79%、60%和64%,且工件表面更加平整光滑。激光超声复合切削硬质合金时,PCBN刀具的前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为较窄的三角形磨损带和较浅的凹坑和划痕;刀具的失效机理主要为黏接磨损、氧化磨损和磨粒磨损的综合作用。     

汽车钛合金连杆切削加工中的刀具磨损研究

以汽车钛合金连杆为研究对象,分析了钛合金连杆在切削加工工艺过程中的刀具磨损量、切削力和刀具寿命随着切削速度、润滑压力的变化规律。试验分析结果表明:刀具磨损量随着切削速度的增加而增加,随着水射流润滑压力的增加先减小后增加;刀具切削力和轴向力均随着水射流压力的增大先减小后增加,但轴向力的变化较切削力更加敏感,变化速率更快;刀具寿命随着切削速度的增加而减小,随着水射流压力的增加先增大后减小,钛合金连杆的最佳工况为切削速度75m/min,润滑压力10MPa。     

TC4钛合金切削刀具磨损对切削过程影响的研究

通过建立的钛合金切削加工仿真数值模型,研究了刀具磨损对钛合金切削过程中切削力、切削温度及切屑形态的影响规律,并对这些影响的产生机理进行了讨论。结果表明:随着磨损程度的增大,切削力及切削温度会迅速增加;月牙洼磨损会引起切削力的剧烈震荡且振幅随磨损的增大而增大,后刀面磨损将增大切削力;锯齿形切屑的变形程度在加大,但是锯齿产生的频率在降低。     

超声纵扭辅助铣削TiAl合金表面质量及刀具磨损研究

TiAl合金属于典型难加工材料,采用传统方式加工难以获得良好的表面质量,因此文章提出采用超声纵扭辅助铣削TiAl合金。试验采用单因素对照方法,研究了超声纵扭铣削（ULTM）与普通铣削（CM）加工TiAl合金时工艺参数对表面粗糙度、表面形貌及显微硬度的影响规律。研究结果表明,ULTM铣削可以改善TiAl合金的表面粗糙度,获得普遍较低的粗糙度值（Ra<0.6μm）;ULTM对TiAl合金表面硬化具有强化作用,能使表面硬度平均提升超过10%,并且采用ULTM加工得到的工件和切屑表面质量都较好。此外,铣削150 mm3的TiAl合金时发现ULTM的刀具底刃磨损量明显减小,刀具主要发生氧化磨损和扩散磨损。     

SiCp/Al复合材料超声振动辅助切削研究现状与进展

阐述了SiC_p/Al复合材料在切削过程中存在的一些问题,从SiC_p/Al复合材料超声振动辅助加工中的刀具材料与刀具磨损、切屑与切削力以及表面质量三个方面概述了SiC_p/Al复合材料切削加工的研究现状,对促进SiC_p/Al复合材料高效切削加工的措施进行了总结。     

静电冷却干式切削钛合金TC4的刀具磨损试验研究

钛合金TC4的切削加工性差,采用极压切削液会污染环境,不符合可持续发展要求,故提出了静电冷却的绿色切削技术,研制了空气电离装置及供气系统,分别在干切、乳化液和静电冷却条件下,对硬质合金刀具YG8切削钛合金TC4时的后刀面磨损进行了试验研究,给出了后刀面磨损曲线,建立了切削速度与刀具使用寿命的关系式。结果表明,静电冷却可减少刀具磨损,提高刀具寿命,是一种清洁的绿色冷却切削工艺。     

超声振动切削不锈钢时刀具磨损与寿命的试验研究

本文对超声振动切削不锈钢进行了试验研究,分别就切削速度、进给量对刀具磨损的影响问题进行了论述,分析了振切时刀具磨损的原因,提出了减小磨损的一些措施。     

钛合金的高质高效超声振动切削加工

作为一种广泛应用于航空航天领域内的难加工材料,钛合金的高质高效切削一直是机械加工领域中的热点问题.针对其加工过程中的力热聚集问题,一种将高压冷却方式辅助于垂直于切削速度方向振动分离的超声振动切削加工方法被应用于其高质高效加工.首先,刀具和工件周期性的分离条件通过数学方法导出.随后基于此开展了钛合金的车削试验,通过设定不...     

钛合金切削加工中刀具寿命和刀具磨损的研究

钛合金是典型的难加工材料,提高钛合金的加工效率和刀具寿命是急需解决的问题。本文选用Ti-6Al-4V作为工件材料,选取两种不同的硬质合金和一种聚晶金刚石(PCD)作为刀具材料,对切削加工中刀具寿命和刀具磨损进行了试验研究。研究结果表明:PCD刀具寿命明显高于硬质合金刀具,在高速下优势尤其明显;两种硬质合金刀具低速下主要是粘结磨损,高速下主要是粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损;PCD刀具主要是微崩刃和石墨化引起的沟槽磨损。     

PCBN刀具高速切削钛合金切削力和表面质量的研究

针对PCBN刀具材料和钛合金Ti6Al4V工件材料的特点,采用单因素试验法,对切削力和已加工表面粗糙度进行研究。通过与其它刀具材料作对比,证明了PCBN在高速、低进给量、低背吃刀量下切削钛合金可以得到较平稳的切削力和较低的工件已加工表面粗糙度。     

高速铣削时钛合金刀具的磨损及对工件表面粗糙度的影响

观察高速铣削钛合金刀具时后刀面及被加工表面的形貌,通过对刀具后刀面磨损量和被加工表面粗糙度值的测量研究了刀具磨损对被加工表面粗糙度的影响,揭示了钛合金铣削加工时提高表面质量的规律。     

基于量纲分析法的旋转超声磨削钛合金刀具磨损数学模型

为提高钛合金零部件的旋转超声磨削加工精度,降低刀具磨损造成的加工误差,基于量纲分析和正交试验相结合的方法建立了旋转超声磨削钛合金刀具磨损数学模型,定量求解了旋转超声磨削钛合金中刀具磨损与加工工艺参数和刀具结构参数之间的非线性关系。对模型进行有效性和显著性检验,验证了所建模型的有效性。     

超声振动辅助铣削钛合金的表面完整性研究

对超声振动辅助铣削TC4钛合金进行试验研究,从表面三维粗糙度、棱边质量及残余应力三个方面分析了超声电流及工艺参数对钛合金加工表面完整性的影响规律。试验结果表明:超声振动的辅助作用对TC4钛合金的表面完整性影响较为显著;高频振动冲击虽然增大了TC4钛合金表面的三维算数平均偏差和均方根偏差,但表面均匀程度和液体滞留性能得到改善,易于形成较为统一的表面纹理;超声振动辅助不仅可抑制TC4钛合金棱边毛刺的产生,并且能有效增大表面残余压应力。     

Tool Wear Prediction and Surface Improvement in Vibration Cutting

Prolongation of tool life in metal cutting is an effective factor to produce lower cutting forces and better machined surfaces. In this study, the influence of ultrasonic vibration is analyzed using experimental and numerical methods. Accordingly, turning tests are carried out on an AISI 4140 steel bar in two types of machining: conventional and ultrasonic-assisted turning. After verification of the developed model, tool wear results are discussed with respect to analysis of heat and stress distributed on tool faces. Finally, it was revealed that periodic movement of the cutting tool in vibratory turning resulted in reduced contact time, resulting in lower heat conduction from the deformed chip to tool rake face. As a result, lower wear has been propagated on tool faces compared to a tool worn in conventional turning. In addition, the effect of cutting parameters on surface roughness is investigated by measurement and 3D analysis of surface topography.     

基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金仿真研究

利用有限元软件ABAQUS构建钛合金切削过程的二维仿真模型,通过钛合金切削试验验证模型的正确性。对微织构刀具切削钛合金的过程进行仿真,与无微织构刀具切削钛合金的仿真进行对比分析,研究了微织构刀具应力分布、切削力的变化规律以及对等效塑性应变的影响。仿真研究表明,微织构的存在对切削过程中刀具的应力分布有积极的改善作用,可以降低切削力,减少塑性应变。     

硬质合金涂层刀具车削钛合金TA15的磨损研究及切削参数优选

刀具磨损剧烈是钛合金切削中的突出问题,探求刀具磨损的本质对于提高加工质量和效率、降低成本具有重要意义。本文采用Al Ti N涂层硬质合金刀具对钛合金TA15(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V)进行车削试验,利用激光共聚焦显微镜观察刀具的磨损形貌,对刀具的主要磨损机理及磨损形式进行了分析,并根据刀具磨损状态进行了切削参数优选。研究结果表明:涂层硬质合金刀具切削TA15时,刀具失效形式主要为涂层剥落、崩刃和月牙洼磨损;随着切削速度的增加,后刀面VB值呈现了驼峰状的变化规律,涂层剥落的区域在波谷出现了明显的减小趋势;切削试验结果指出,正前角AlTiN涂层硬质合金刀具可用于钛合金TA15的精车工艺中,在v=100m/min、f=0.05mm/r、a_p=1.5mm切削参数下,刀具表现性能最优,同时硬质合金涂层刀具车削TA15的最大切削速度不宜超过120m/min。