陶瓷刀具干切削等温淬火球铁(ADI)的磨损机理研究

采用陶瓷刀具(CC650)和YG6硬质合金刀具对等温淬火球墨铸铁(以下简称ADI)材料进行干式精车切削试验, 采用带有X射线能谱分析的扫描电子显微镜观察刀具磨损表面形貌, 用能谱仪对刀具磨损微区和工件表面成分进行分析, 用X射线衍射仪对刀具、 ADI材料和切屑等试样进行物相分析, 研究陶瓷刀具磨损形态及其磨损机理. 结果表明: 刀具磨损的主要形式为磨粒磨损、粘着磨损、 扩散磨损及微崩和脱落; ADI材料中含有微量Al和Ti元素, 在较高速度下切削ADI材料时, 刀具与工件之间的亲和性增加而导致粘着磨损; 在刀具前刀面平均切削温度大于800 ℃以上时,ADI材料中的元素Fe和Si扩散到刀面,刀具中的元素Al和Ti扩散到ADI材料表面,从而加剧刀具的磨损;切削后ADI材料表面出现的Al2O3相及切屑中的FeCr相等高硬度化合物颗粒是造成CC650刀具磨粒磨损的主要原因.     

聚晶立方氮化硼刀具切削高锰钢的磨损机制

在半精加工试验条件(切削深度ap=0．5mm，进给量f=0．3mm／r，干切)下研究了聚晶立方氮化硼刀具切削奥氏体高锰钢时的磨损机制，用WDH-Ⅱ型光电温度计测量了切削温度，用工具显微镜测量后刀面磨损量，进而考察了切削时间和切削速度对后刀面磨损量的影响，采用S-250MK型扫描电子显微镜观察刀具前、后刀面的磨损形貌和组成变化．结果表明：当切削温度为400～750℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢中的γ相及其析出相(Fe，Mn)3C之间产生严重的机械磨损；当切削温度超过800℃时，聚晶立方氮化硼刀具同高锰钢单一γ相之间产生扩散磨损；聚晶立方氮化硼刀具适合于高速切削.     

冷风切削对高速切削难加工材料刀具磨损的影响

基于复合制冷技术研制1种低温冷风/低温最小量润滑供给装置,使用TiAlN涂层硬质合金刀具进行干切削、最小量润滑(MQL)、低温冷风及低温最小量润滑(低温MQL)条件下镍基高温合金Inconel 718的高速车削试验和淬硬钢AISI D2的高速铣削试验,通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察分析硬质合金刀具的磨损形态、磨损机理,研究低温冷风和低温MQL对高速切削难加工材料刀具磨损的影响.结果表明:高速切削Inconel 718和AISI D2时,刀具磨损机理主要为磨料磨损、黏结磨损和扩散磨损;低温冷风和低温MQL可有效降低高速切削时的切削温度,进而防止刀具软化,减小磨料磨损和与温度相关的黏结磨损、扩散磨损,因而可大幅度地提高刀具的使用寿命.     

高速切削刀具磨损表面形态研究

对立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具及超细晶粒硬质合金刀具高速铣削灰铸铁、调质45#钢和淬硬45#钢时的刀具磨损形态及其磨损机理进行观察和分析.结果表明:在高速切削条件下,不同刀具材料与工件材料匹配时的刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损、微崩刃、剥落和破损等;高速切削时刀具的前刀面磨损形态不同于常速切削时的磨损形态,即磨损不表现为月牙洼的形式,而是表现为切削刃处磨损最大的斜面磨损形式,前刀面磨损区域随切削速度提高而减小,但磨损深度增大.研究结果可用于指导高速切削刀具材料的设计、合理选用及刀具磨损控制.     

高速车削钛合金的硬质合金刀具磨损机理研究

使用硬质合金刀具材料进行钛合金(Ti-6Al-4V)的高速干车削试验.采用电子扫描显微镜(SEM)观察刀具的磨损形貌,通过能谱分析(EDS)分析磨损表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.研究结果表明,使用硬质合金刀具材料高速干车削Ti-6Al-4V时,刀具的磨损机理主要为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.硬质合金刀具的氧化磨损主要发生在刀具前刀具和后刀面的磨损边缘区.由于车削过程中刀具前刀面的切削温度比后刀面的切削温度高,导致刀具前刀面的氧化磨损、粘结磨损和扩散磨损较后刀面严重.     

TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能

采用TiB2增强Al2O3陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具的自润滑.结果表明:低速干切削时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨料磨损;而在高速干切削时,刀具的磨损机制主要表现为氧化磨损,刀具表面经由氧化反应生成具有润滑作用的反应膜而起到固体润滑作用,从而使刀具的耐磨性能提高,随着TiB2含量和切削速度的增加,反应膜的减摩抗磨作用增强;而在切削区通入氮气时,由于刀具表面氧化膜形成受阻,刀具的抗磨能力有所降低.     

单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析

通过金刚石单点切削试验 ,考察了对无氧铜、铝合金和单晶硅进行超精密单点切削时金刚石刀具的磨损行为 ;分析了刀具磨损对被加工材料表面粗糙度的影响 ;并应用光学显微镜和原子力显微镜对刀具的不同磨损形态进行了宏观和微观观测 ;结合热力学、化学反应磨损和机械磨损的分析方法 ,对金刚石车刀在切削 3种材料时的不同磨损机理进行了实验研究和理论分析 .结果表明 ,为了减轻甚至消除金刚石刀具的磨损 ,在切削铜时应使用少氧或无氧的切削液 ;在切削铝时应在刀具表面涂覆润滑剂或隔离膜 ;在切削单晶硅时应保证低温和少氧环境 .同时应使用小切深和小进给量     

金刚石切削Soda-lime玻璃中的刀具磨损及其对工件表面粗糙度的影响

金刚石切削加工光学玻璃时,工件表面粗糙度与刀具磨损直接相关,为研究切削距离递增下的金刚石刀具磨损及其对工件加工表面粗糙度的影响,进行了Soda-lime玻璃金刚石切削的刀具磨损试验,并对刀具磨损形貌、后刀面磨损带的材料成份、工件的表面形貌及粗糙度进行了检测.结果表明:切削距离递增下的金刚石刀具前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为磨损带逐渐增大,且磨损带内有沿切削方向的微沟槽产生;切削距离未达到150 m时,工件表面粗糙度Rq、Ra及Rmax值始终低于32、25及300 nm,切削距离超过150 m后,工件表面粗糙度显著增大.机械摩擦作用、热化学作用及磨料磨损作用为导致金刚石刀具磨损的主要原因.     

Si3N4基陶瓷刀具的摩擦磨损规律与机理分析

考察了以Ｓｉ３Ｎ４基陶瓷刀具分别切削４５＃钢和１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ奥氏体不锈钢时的耐磨性能及其使用寿命，采用红外热像仪测定了这种刀具有不同切削速度下切削温度的分布，并对刀具的磨损表面形貌和切屑进行了扫描电子显微镜和Ｘ射线能量色散谱分析，提出了Ｓｉ３Ｎ４基陶瓷刀具的磨损机理及影响因素。在最佳切削速度条件下，以这种陶瓷刀具切削４５＃钢时的使用寿命约是切削１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢时的９．５倍，而以其切     

高速铣削难加工材料时硬质合金刀具前刀面磨损机理及切削性能研究

采用涂层硬质合金刀具和细晶粒硬质合金刀具对超高强度合金钢(硬度＞50HRC、抗拉强度σb＞1.4 GPa)和马氏体不锈钢(硬度＞30HRC)等难加工材料进行了干式高速端面铣削试验;选择刀具寿命作为刀具切削性能的评价指标,利用X射线能谱仪和扫描电子显微镜分析了硬质合金刀具前刀面的磨损形态、磨损机理以及刀具的切削性能.结果表明:在难加工材料的高速铣削过程中,涂层硬质合金刀具主要失效形式为前刀面磨损,细晶粒硬质合金刀具主要失效形式为前刀面月牙洼磨损与剥落;2种刀具的主要磨损机理均为扩散磨损和氧化磨损.对细晶粒硬质合金刀具而言,在考虑刀具材料与工件材料适配性的基础上,必须利用合理的刃口强化处理来降低磨损初期的刃口微崩刃倾向.     

俄罗斯切割索的现状

介绍了俄国切割索的现状，叙述了其种类、生产原理和实际用于水下切割废石油井架的切割实例。     

海底天然气水合物绞吸式开采绞刀切削力特性

根据绞刀头结构和工作原理以及天然气水合物沉积物的物理特性，建立切削天然气水合物沉积物的有限元模型，运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件和Drucker-Prager材料模型模拟绞刀切削海底天然气水合物沉积物的过程，分析绞刀切削过程沿水平、竖直和转轴方向的受力特点，仿真分析绞刀横移速率、转速、下放角和切削区间角对切削力的影响规律。结果表明，增大横移速率会导致绞刀三个方向受力明显增大；转速提高会降低绞刀三个方向的切削力，随着转速增加，绞刀切削力的减小趋于平缓；绞刀下放角的增大会使绞刀轴向受力急剧增加，影响采矿车工作平稳性；随着切削区间角的增大，绞刀X轴方向力先增大后减小，工作时采用较大的切削区间角，可提高切削效率和采矿车工作稳定性。     

基于坐标变换的斜角切削力学研究

在直角切削模型的基础上,首先将在法平面坐标系中得到的切削力通过坐标变换得到主剖面坐标系中的切削力;再把主剖面坐标系中的切削力利用坐标变换得到切深-进给平面中的切削力理论公式。通过坐标变换得到的切削力理论公式更简洁,物理意义清晰,并能反映出切削偏角对切削力的影响。通过对数值计算与数值仿真两种方法模拟得到的切削力进行比较,得出两者的误差率在8.3%~15.7%,说明两者具有良好的一致性,从而证明了模型的正确性。斜角切削力的理论公式为实际切削加工中切削力的解析预测奠定了基础。     

低碳贝氏体微观组织形态对冲蚀磨损性能的影响

通过热处理改变低碳贝氏体钢中的奥氏体及其转变物(下称M/A)分布形态,调整钢响应载荷时的微观应力集中位置,并用弹塑性力学理论揭示了贝氏体钢较高的抗冲蚀磨损性能的力学机理.对比研究了相同化学成分贝氏体、珠光体和马氏体的冲蚀磨损性能,发现珠光体和马氏体因强度、韧塑性无法达到最佳匹配,其抗冲蚀磨损性能均不如贝氏体.在贝氏体钢中,粒状M/A贝氏体的应力集中位置使得冲蚀裂纹显著地向试样心部扩展,降低了抗冲蚀磨损能力.薄膜状M/A贝氏体的应力集中位置不利于表面裂纹向试样心部生长,实现了较高的抗冲蚀磨损性能.     

高速切削实验平台在力学实验教学中的应用

传统的力学实验已无法满足研究生创新性实验教学的需要。为了使研究生在科学研究中掌握实验分析的基本方法和技能,本文基于Hopkinson压杆加载技术建立了一套高速切削实验系统。该实验系统作为一个科研平台,能够实现切削过程的瞬态冻结并完成变形场和切削力的实时测量,可为高速切削机理研究提供基础实验数据。同时,该实验系统也是一个综合性的实验平台。基于该平台,可以完成金相分析、光栅光纤测力、变形场测量以及塑性本构分析等力学实验教学。高速切削实验平台将力学实验与科学研究相结合,有利于培养研究生独立分析与研究的能力,为研究生未来的科研工作打下基础。     

TiO2纳米微粒—茶皂素水基乳化液的切削行为研究

采用溶胶 -凝胶表面修饰法合成了粒径为 4 0～ 6 0 nm的油酸修饰二氧化钛纳米微粒 ,首次尝试以天然产物提取物——茶皂素为表面活性剂将其均匀分散在水中 ,研究了复配体系的抗磨和切削性能 .结果表明 :在有机修饰层和无机纳米核交联作用下 ,复配体系具有较好的减摩抗磨作用 ;最大无卡咬负荷可达 80 4 N,而在茶皂素质量分数达到一定值 (>2 % )时 ,烧结负荷和攻丝扭矩值都有较大的改善     

Investigation of elemental shape for 3D DEM modeling of interaction between soil and a narrow cutting tool

Discrete Element Method (DEM) has been applied in recent studies of soil cutting tool interactions in terramechanics. Actual soil behavior is well known to be inexpressible by simple elemental shapes in DEM, such as circles for 2D or spheres for 3D because of the excessive rotation of elements. To develop a more effective model for approximating real soil behavior by DEM, either the introduction of a rolling resistance moment for simple elemental shape or the combination of simple elements to form a complex model soil particle shape cannot be avoided. This study was conducted to investigate the effects of elemental shape on the cutting resistance of soil by a narrow blade using 3D DEM. Six elemental shapes were prepared by combining unit spheres of equal elemental radius. Moreover, cutting resistance was measured in a soil bin filled with air-dried sand to collect comparative data. The elemental shape, with an axial configuration of three equal spheres overlapped with each radius, showed similar results of soil cutting resistance to those obtained experimentally for the six elemental shapes investigated.     

CrN镀层的微粒磨损性能及其切削行为研究

在Teer UDP 550型闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备上制备CrN镀层,以球-盘方法测定的比磨损率和微粒磨损法测定的微粒磨损率评价CrN镀层的耐磨性能,采用高速钢镀层钻头的钻孔数评价镀层的切削性能.结果表明,CrN镀层的微粒磨损率对氮流量(用光谱发射因子OEM值控制)的变化很敏感,而比磨损率却不能反映这种由于氮流量变化带来的镀层结构和性能的变化.在不同偏压条件下所制备的镀层微粒磨损率变化不明显.当微粒磨损率低于某一值时,CrN镀层的钻孔寿命明显提高,而比磨损率则无此规律.     

切削力建模方法综述

航空航天工程广泛采用薄壁复杂结构零件, 实现其高效精密数控加工关键技术具有重大的现 实意义. 传统的CAD/CAM软件在确定切削策略和规划刀位轨迹时, 一般仅基于零件的理想几 何形状. 由于切削力引起的刀具、零件显著的加工变形即``让刀'现象, 必然导致零件的实 际加工表面与理论值之间存在较大偏差. 工程师往往不得不通过选用比较保守的切削用量和 多次重复精加工过程来保证零件的加工精度. 为了能够从根本上解决这一问题, 很有必要通 过建立准确的切削力预报模型, 仿真切削加工的物理过程, 揭示工件和刀具的加工变形规律, 补偿原始数控刀具轨迹, 最终达到改善工件加工精度和提高加工效率的目的. 本文综述了各 种不同的切削力建模方法, 包括基于切屑形成机理的二维正交切削力模型、基于单位切削力 系数的铣削力模型、神经网络模型以及模糊灰色理论等. 目的是为实现薄壁复杂结构零件的 加工变形预测控制、关键工艺参数优化以及加工过程的物理仿真提供理论基础.