切削加工润滑技术研究现状及展望

在分析切削加工润滑机理的基础上，对国内外切削加工润滑技术的研究进展进行了综合归纳与评述，阐明了各种润滑方式的优缺点，并且针对切削加工时的摩擦特点，指出了切削加工润滑研究中几个值得重视的发展方向．     

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.     

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.     

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.     

干摩擦及水或油润滑下TiC（N）—Al2O3陶瓷／不锈钢摩擦副的磨损性能研究

用环－块磨损试验机对ＴｉＣ（Ｎ）－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷／不锈钢摩擦副的磨损２性能进行了试验研究。结果表明，分别在摩擦和水或２０＃机械油润滑条件下，陶瓷与不锈钢的磨损质量损失都是随着载荷速度的增加而快速 增大，而且试件在水或油润滑下的磨损２值反而比在干摩擦同。     

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.     

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.     

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     

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.     

铝基复合材料超精密加工中的刀-屑摩擦磨损性能及模型研究

通过金刚石PCD刀具对非连续SiC增强铝基复合材料的超精密车削加工试验,考察了刀具第二切削变形区(刀具前刀面-切屑间)的摩擦磨损性能,并提出了相应的模型;采用爆炸式快速落刀装置制备出切屑根并分析了积屑瘤的影响因素;采用原子力显微镜对PCD刀具的刃口磨损形貌进行观察,并分析其磨损机理.结果表明:在超精密切削加工非连续增强铝基复合材料的过程中,前刀面仍然有极小的楔型积屑瘤产生;铝基复合材料的摩擦磨损性能明显优于铝合金,且当SiC增强相达到最佳体积分数(20%～25%)时,其摩擦磨损性能最佳;从刀具的耐磨性角度考虑,在超精密加工非连续增强铝基复合材料时适宜采用金刚石刀具.     

聚晶金刚石刀具加工强化复合地板时的切削性能及磨损机理研究

通过对聚晶金刚石刀具加工A1203表层强化复合地板的试验研究，分析了金刚石粒度对聚品金刚石刀具切削性能的影响以及刀具的磨损机理。结果表明：随着金刚石粒度的增大，聚晶金刚石刀具的耐磨性能增强；聚晶金刚石刀具在加工过程中的磨损机理主要表现为具有疲劳磨损特征的沿品断裂及局部解理断裂．品间微裂纹是导致聚晶金刚石刀具磨损的主要因素．     

等离子喷涂Al2O3-13wt.%TiO2涂层在干摩擦条件下的磨损机制转变图

研究了等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层/WC硬质合金在干摩擦条件下,载荷为10～100 N和速度为0.1～0.5 m/s范围内涂层的磨损行为,并通过对涂层磨损表面的显微分析,建立了这种涂层的磨损机制转变图.结果表明:等离子喷涂AlO3-13wt.%TiO2涂层在低载荷低滑动速度条件下,即涂层的磨损率在0.1～1.0 mg/m条件下,磨损机制主要是塑性变形和显微犁削;在中速中载下,即涂层的磨损率在1.0～3.0 mg/m条件下,磨损机制主要是涂层的轻微断裂和颗粒剥落;在高速高载下,即涂层的磨损率在大于3.0 mg/m的条件下,磨损机制主要是涂层的断裂和剥层.     

陶瓷刀具切削区温度场的计算机模拟

在切削金属过程中所消耗的能量几乎９０％以上都转化为热，致使工件，切屑和刀具的温度都上升，其中刀具的温升与切削机理及切削参数密切相关，并且直接影响刀具磨损及其全用寿命。为了研究陶瓷刀具切削温度分布对其磨损规律和机理的影响，根据传热理论建立了数学模型，用计算机模拟编制出陶瓷刀具切削区温度场计算的专业软件，可以得出不同陶瓷料刀具在不同切削条件下切步同工件材料过程中的温度分布曲线图，而且实际测量值与模拟值     

含二烷基二硫代磷酸锌润滑下等离子渗氮钢的摩擦磨损性能研究

本文对比研究了等离子渗氮GCr15钢与GCr15钢基材在含二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）润滑下的摩擦磨损性能.利用脉冲直流等离子渗氮炉对GCr15钢进行离子渗氮处理,采用X射线衍射（XRD）分析了离子渗氮层相组成,测量了渗氮前后的表面硬度值,在四球摩擦磨损试验机上考察了GCr15钢渗氮处理前后在含ZDDP润滑下的摩擦磨损性能,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）的分析探讨了摩擦学作用机理.结果表明：离子渗氮处理可以明显提高GCr15钢的表面硬度值,在ZDDP作用下,其减摩性能和抗磨性能都有明显的提高,其中在质量百分数为1.5%的ZDDP润滑作用下具有最优的效果,研究证明这是由于在离子渗氮GCr15钢和未渗氮GCr15钢摩擦表面分别生成了正磷酸盐和焦磷酸盐的摩擦反应膜,并且前者表面的磷酸盐膜总量多于后者,可以有效地隔离摩擦副表面的直接接触.     

离子液体润滑脂导电性研究

以一定比例的PAO和PAG为基础油,聚四氟乙烯作稠化剂,分别以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(LB104)和1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(LB106)离子液体为添加剂,制备离子液体润滑脂,采用扫描电子显微镜(SEM)观察铜磨斑表面形貌,采用Lovibond EC110电导率测定仪测量润滑脂室温条件下的导电率,并换算成体积电阻率.研究结果表明:离子液体润滑脂与商业导电脂相比,不但具有良好的润滑性能,同时具有良好的导电性,这为离子液体在电力设备中的应用提供理论和技术支持.     

不同润湿性锡青铜表面摩擦特性实验研究

运用微细掩膜脉冲电解加工在锡青铜表面制备了不同直径和面积率的微结构,并辅以低表面能处理得到了不同润湿性表面;采用接触角测量仪表征了润滑油的润湿性能;使用球-盘式摩擦磨损试验机研究了油润滑时不同润湿性锡青铜表面的摩擦学特性,并采用扫描电镜观察表面磨损形貌.研究结果表明:低表面能处理后的结构化试样具备疏油性,且其疏油性随着微结构密度增加而增加;与未经润湿性处理表面相比,低润湿性光滑表面和结构化表面摩擦系数最大降幅分别为21.2%、33.6%,磨损率降幅分别为17.3%、4.9%;在3 N载荷、球-面接触副条件下,所制备的4种不同直径微结构中,微结构直径小于30μm时,面积率为4.9%或当直径大于等于30μm时,面积率为8.7%的低润湿性表面减摩效果最好.