淬 硬 轴 承 钢 锯 齿 形 切 屑 形 成 机 理

针对淬硬轴承钢在硬切削过程中产生的锯齿状切屑,建立了基于Abaqus/Explicit的正交切削热 力耦合有限元模型,仿真分析了AISI52100轴承钢在低、高速切削条件下锯齿状切屑的形成过程,其随时间变化的应力场、温度场和网格变形及其绝热剪切机理.结果表明：切削淬硬轴承钢时,首先在刀尖前方形成窄短的水平绝热剪切带;随着前刀面对工件材料的挤压作用增强,水平绝热剪切带由远离刀具的端部沿剪切平面扩展到自由表面;随着绝热剪切带的继续滑移,逐步形成了锯齿切屑而促使裂纹产生;切削速度效应加速了剪切带与自由表面交界处微裂纹的产生,并使微裂纹向刀尖扩展;第2变形区的摩擦对锯齿切屑起到了增强作用.     

高强度钢正交切削过程中剪切变形局部化研究

通过正交切削实验对高强度钢30CrNi3MoV锯齿形切屑内剪切变形局部化的临界切削条件和绝热剪切带的分布规律以及微结构特征进行了研究．结果表明,因切屑剪切区内发生剪切变形局部化,在一定临界切削速度下切屑由带状屑转变为锯齿形切屑;对临界切削速度的理论预测和实验结果基本一致．随着切削速度的增加,剪切带的宽度和间距随之减小．在锯齿形切屑内发现两种剪切带即形变剪切带和白色剪切带．TEM观察表明,白色剪切带中心为等轴晶粒,剪切带内的组织结构经历了一系列复杂的演变过程．     

硬态车削轴承钢GCr15切屑形成机理分析

使用有限元仿真软件ABAQUS对硬态车削淬硬轴承钢GCr15（62HRC）的切削过程进行仿真,从切屑形态出发,结合切削力和切削温度等场量对切屑的形成过程进行分析.结果表明：在低速（60 m/min）切削时,没有形成明显的绝热剪切带而形成了连续切屑;在高速（181 m/min）切削时,形成了锯齿状切屑和绝热剪切带,且因绝热剪切区的热软化效应而使材料的承载能力下降,切削力发生波动;在高速切削时,工件与切屑自由表面处出现了微裂纹,并在一定程度上沿绝热剪切带而向刀尖方向扩展,使得锯齿更加明显,导致切削力“二次下降”并推迟了下一锯齿节块的形成;硬态车削淬硬轴承钢GCr15的绝热剪切是形成锯齿状切屑的前提,而周期性微裂纹的出现和扩展则是源于绝热剪切作用下材料发生的韧性断裂.     

纯铁切屑形成特征及影响因素研究

采用正交切削试验,研究了纯铁材料在不同切削速度下切屑形成特征及变形机理,开展了刀具前角、切削用量、冷却润滑方式等切削工艺参数对纯铁切屑变形规律的影响试验.结果表明,纯铁切屑呈现显著的剪切滑移变形特征,切削工艺参数仅对切屑中晶粒的变形程度产生影响;低速切削时切屑在前刀面上具有"滑-停-滑"现象,晶粒破碎严重,而高速时停留现象减小甚至消失,晶粒呈拉伸状变形;随着切削速度和刀具前角的增加,切削力、切屑变形系数显著减小,切削力则随进给量的增加而增加,但切屑变形系数则呈减小趋势;相同切削用量时,水冷方式下切削力和切屑变形系数最小,而干切时最大.试验结果对纯铁材料选择合适的工艺参数以改善其加工性能具有重要的参考意义.     

切削强烈塑性变形对材料微结构及硬度的影响

金属切削过程中,剧烈的大剪切变形可以产生具有超细晶结构的切屑从而使其获得了比本体材料更高的硬度和强度。本文对比了不同的金属和合金在各种刀具前角和切削速度条件下,切屑上产生的剪应变、切屑的微结构及其硬度的变化规律。实验结果显示随着刀具前角的减小切屑的微结构得到显著细化,其硬度随之得到极大地提高;而切削速度的减小提高了切屑的硬度但其微结构的变化不甚明显;采用负前角刀具在较低的切削速度下能加工出具有超细晶结构和高硬度的切屑材料,而切削速度的提高将使大剪切变形引起的硬度增长减弱。     

切削大变形对材料微结构及硬度的影响

在金属切削过程中,剧烈的大剪切变形可以产生具有超细晶结构的切屑,从而使其获得比本体材料更高的硬度和强度.文中比较了不同的金属和合金在各种刀具前角和切削速度下,切屑上产生的剪应变、切屑的微结构及硬度的变化规律.实验结果显示:随着刀具前角的减小,切屑的微结构显著细化,其硬度随之极大提高;切削速度的减小提高了切屑的硬度,但对其微结构的影响不甚明显;采用负前角刀具在较低的切削速度下能加工出具有超细晶结构和高硬度的切屑材料,而切削速度的提高将使大剪切变形引起的硬度增长变缓.     

螺纹硬态旋风铣削轴承钢GCr15切屑形貌及特性试验研究

为了揭示螺纹硬态旋风铣削的材料去除和切屑微观锯齿成形机理,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和纳米压痕法硬度测试等对淬硬轴承钢GCr15的旋风铣削切屑的锯齿形貌几何特征、显微结构和纳米硬度进行试验研究,观测并分析其在切屑上的分布及变化规律,并讨论锯齿节在切削力、热作用下的形成机理。研究结果表明:旋风铣削切屑微观锯齿高度、齿距、锯齿化程度、倾斜角和变形系数在长度方向上存在波动;显微结构和纳米硬度在宏观切屑长度上和微观锯齿上分布不均匀;绝热剪切带和第二变形区的材料经历了剧烈的剪切变形和二次淬火,其硬度高于内部基体和未加工工件表面的硬度。这解释了锯齿特征波动的原因,说明单次切削过程中力、热条件的不稳定性。     

基于SEM的原位纳米切削实验研究

利用自主研制的纳米切削装置,对单晶铜材料开展了基于SEM在线观测的原位纳米切削实验.分析了纳米尺度切削深度为10~200,nm时的切屑形态以及材料去除机制.研究了金刚石刀具刃口半径以及切削速度对切屑变形系数的影响.结果表明,随着纳米尺度切削深度的减小,切屑变形系数逐渐增大,且当切削深度小于刀具刃口半径时,切屑变形系数急剧增大.此外,刃口半径和切削速度对切屑变形系数也有着重要的影响.刃口半径越大,切屑变形系数越大,而切削速度越快,切屑变形系数越小.     

切削速度对硬态切削过程的影响分析

硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性,在对工件性能起关键作用的精加工中,已成为磨削加工的有力挑战者.通过对硬态切削过程中的切屑形态、切削力和切削温度的试验研究,得到了切削速度对上述各量的影响规律.结果表明,切削速度对切削温度和切削力的影响存在一个临界值,当工件硬度超过HRC50时,切削温度和切削力的变化规律与普通切削大不相同.     

聚晶金刚石刀具加工钛合金热塑剪切失稳研究

采用聚晶金刚石(PCD)刀具,以不同的切削速度对钛合金Ti-6Al-4V进行了切削实验.通过分析切屑的金相和扫描电子显微(SEM)照片,对PCD刀具加工钛合金Ti-6Al-4V的热塑剪切失稳现象进行了深入研究,分析表明发生热塑剪切失稳时锯齿形切屑齿尖角随切削速度先增大,后减小,并通过计算锯齿形切屑内的剪应变、测量剪切带内外的显微硬度和切屑内的X射线衍射分析证实了在发生热塑剪切失稳时钛合金的组织发生了相变.     

高速切削温度的热氧化法估计

根据实验观察，采用热氧化法对高速切削的淬硬钢切屑成色进行分析，以此判断在切削过程中切屑经历过的切削温度．结论是随切削用量的增大，切削温度有可能进一步上升．     

基于Oxley's理论的300M钢正交切削加工变量的预测

为获得300M钢正交切削加工过程变量,通过以Oxley's解析加工预测理论为基础,利用Labview软件编写正交切削仿真算法,并开发正交切削仿真模块,依据300M钢的仿真结果分析不同切削参数对剪切角、切削力、切削温度、应力和切削厚度等加工变量的影响规律,并验证了正交切削仿真模块的准确性.结果表明:随切削参数的变化,剪切面长度与主剪切区厚度的比值在6～7变化,剪切角在20°～30°变化;主切削力、进给力和切屑厚度均随主轴转速的增加而下降,随进给量的增加而上升;主轴转速及进给量的变化对剪切区的温度和流动应力影响较小,但刀-屑接触区的温度随主轴转速、进给量的增加而上升,刀-屑接触区的流动应力随主轴转速、进给量的增加而下降,且正交切削仿真模块的仿真结果与试验结果更吻合.     

陶瓷刀具切削硬质材料的研究

通过采用陶瓷刀具FG-1、LT55、SG-4切削淬硬工具钢T10A和采用LT55陶瓷刀具切削铬基合金的切削试验,研究了FG-1、LT55、SG-4三种陶瓷刀具切削淬硬工具钢T10A的切削性能,并得出陶瓷刀具LT55切削铬基合金时比较理想的切削参数。     

AerMet100钢动态剪切性能数值仿真研究

根据AerMet100钢动态剪切试验结果,基于ABAQUS/Explicit动力学分析软件对AerMet100帽形试件的绝热剪切敏感性、临界速度以及绝热剪切带的宽度进行了数值模拟分析,模拟结果与实验吻合较好. 在此基础上,研究了AerMet100钢绝热剪切敏感性与加载速度的关系,分析了AerMet100钢试件在动态加载过程中的应力场分布、绝热剪切带的演化过程以及温度场分布. 研究结果表明,剪切区域特征单元的承载能力随加载速度的提高而降低,剪切带形成的临界速度在32 m/s左右,剪切高温区集中在微米量级的带状区域.      

金属切削过程的有限元法仿真研究

切削过程的建模和仿真在改善切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力.建立了切削过程仿真的有限元模型预报切削力、刀具应力和切削温度.在预先收集工件流动应力数据和高应变率及高温下的摩擦因数的基础上,利用有限元软件Deform仿真研究切削过程.为了验证仿真准确性,进行了硬度200 HB的45#钢的无涂层硬质合金刀具切削试验.结果表明:切削力的预测值和试验值之间表现出了合理的一致性和共同的发展趋势;预测的切削温度的最高点无论在什么切削条件下,总是落在刀具的前刀面靠近主切削刃的部分;预测的最高的刀具应力出现在刀具的前刀面上靠近主切削刃的部分.     

Ti6A14V 高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制

为了给钛合金的切削加工工艺制定提供参考,对Ti6A14V高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制进行研究。将Ti6Al4V看作切削材料,在不同情况下完成切削,选择有代表性的切屑当成制作金相的样本,给出切削实验工艺参数。选用蔡司金相显微镜对金相组织进行观察,通过Digimizer对锯齿金相的齿距、自由表面、带倾角和带宽进行测量,以体现锯齿化程度。针对金相样本,通过绝热剪切带内微观组织演变方法研究了切削速度和刀具前角对切屑的影响,以及进给速度对锯齿成形的影响,分析了Ti6Al4V切削形成机制。结果表明,在切削速度与进给速度逐渐增加,刀具前角从正值变化至负值的情况下,Ti6Al4V切削锯齿化程度增强;在切削速度、进给速度增加,刀具前角降低的情况下,绝热剪切程度增强;Ti6Al4V切削形成符合热（粘）塑性失稳机制。     

稀土硬质合金刀片切削性能

通过切削性能对比试验证实，研制的稀土硬质合金刀片ＹＴ８ＲＥ及ＹＧ６ＲＥ的切削性能，分别比普通硬质合金刀片ＹＴ１５及ＹＧ６优越。以ＹＴ８ＲＥ及ＹＴ１５刀具切削４５钢时，前者与者相比，切屑变形系数降低８％，切削力约下降７．５％，刀具耐用度提高２０％以上。以ＹＧ６ＲＥ及ＹＧ６刀具加工冷硬铸铁时，前者比后者切削力降低约６％，刀具耐用度平均提高４８％以上。