高速钻削碳纤维复合材料的钻头温度测量研究

以钻削碳纤维复合材料为基础,研究碳纤维复合材料在高速钻削过程中切削速度和进给速度对钻头后刀面温度的影响.采用嵌入式人工热电偶的方法对硬质合金钻削刀具进行测温试验,并用LabVIEW软件获得所需的温度数据和温度曲线.测量结果表明:当进给速度恒定时,刀具的后刀面温度随主轴转速的增加而上升.当主轴转速恒定时,刀具的后刀面温度随进给速度的增加而降低.     

硬质合金刀具铣削镍基单晶高温合金DD5磨损试验

为探究在干切削和水基微量润滑(WMQL)条件下刀具磨损对DD5铣削表面质量的影响规律,采用四刃PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具以及超景深显微镜和扫描电镜等设备,以刀具副后刀面磨损宽度为主要评价指标,对硬质合金刀具副后刀面磨损形态、磨损机理进行分析和研究,并采用三维轮廓仪对零件表面粗糙度进行测量.研究结果表明,与干切削相比,采用水基微量润滑冷却技术,能够延长刀具寿命并改善材料的铣削加工性;硬质合金刀具的主要磨损机理为粘结磨损、磨粒磨损、氧化磨损和扩散磨损.     

铣削高强度钛合金TC18的刀具磨损机理

采用无涂层和PVD涂层硬质合金可转位刀具对高强度钛合金TC18进行铣削加工,研究了钛合金TC18铣削加工过程中刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明：在相同的加工条件下,采用PVD涂层硬质合金刀具加工TC18钛合金的寿命较长,前刀面主要磨损机理为黏结磨损和扩散磨损等,刀具失效形式为涂层剥落和随之而来的前刀面月牙洼磨损,后刀面除了黏结磨损和扩散磨损以外,还发生了磨粒磨损;无涂层硬质合金刀具的寿命较短,刀具的失效形式为崩刃.     

高速铣削TC6钛合金的刀具磨损机理

通过物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（ CVD）涂层硬质合金刀具对α+β相钛合金TC6进行高速铣削加工,研究了PVD与CVD刀具在铣削TC6钛合金过程中的刀具磨损形态和磨损机理.结果表明：在相同的切削条件下,PVD涂层刀具后刀面磨损量更小,刀具寿命更长,更适合TC6钛合金的加工.其前刀面主要发生黏结磨损和氧化磨损,后刀面则为边界磨损,由于前刀面黏结磨损和后刀面边界磨损对切削刃的弱化作用,使得主切削刃发生了微崩刃.CVD涂层刀具寿命较短,其前刀面主要发生初期微崩刃和随之而来的月牙洼磨损以及黏结磨损;后刀面则为磨粒磨损,失效形式为涂层剥落.     

利用扫描电镜进行钻削加工温度场的实验研究

一、前言孔加工在机械加工工业中占有十分重要的地位。就其加工工作量而言,孔加工的工作量约占整个机械加工工作量的1/4左右。和其它刀具相比较,孔加工刀具的尺寸要受到孔径大小、形状和长度的限制,刀具的强度和刚度较差,加之切屑不易折断和排除,切削区的散热和冷却也比较困难,因此切削条件要严酷得多。孔加工刀具中使用量最大的是麻花钻,它是在实体材料上进行钻孔和扩孔的主要孔加工工刀具。钻削温度及其分布将直接影响钻削生产率的提高,影响钻头的磨损和耐用度,影响工件的表面质量和加工精度。因而,研究钻削加工温度场就具有重要的理论和实践意义。     

聚晶金刚石刀具低温冷却铣削Cf/SiC磨损机理

采用聚晶金刚石(PCD)刀具对C_f/SiC陶瓷基复合材料进行干式和低温冷却铣削试验,获得了PCD刀具在干式和低温冷却铣削条件下的前刀面和后刀面磨损形貌,测得了不同铣削长度所对应的主切削力和后刀面磨损量,分析了PCD刀具在不同铣削条件下的磨损机理及寿命可靠性。研究表明:在低温冷却条件下,PCD刀具以磨粒磨损为主要磨损机理,失效表面存在明显沟槽磨损和大量长条状划痕;而在干式铣削条件下,PCD刀具以磨粒磨损和局部氧化磨损为主要磨损机理,失效表面呈现均匀的磨损带;低温冷却使PCD刀具有效使用寿命提高约100%。     

(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具高速铣削30CrNi4MoV钢时的磨损机理

使用(Ti,Al)N涂层硬质合金刀具,对难加工材料中的超高强度合金钢(硬度＞50HRc、抗拉强度σb＞1.6 GPa)在切削速度118～236 m/min范围内,进行了干式高速端面铣削系统试验.借助能谱探针与电子扫描显微镜(SEM)等工具,选择刀具寿命作为刀具切削性能的评价指标,对硬质合金刀具前、后刀面的磨损形态、磨损机理以及刀具的切削性能进行了分析与研究.研究结果表明,高速切削超高强度合金钢条件下,(Ti,Al)N涂层刀具的失效形式为:前、后刀面磨损失效和发生在主切削刃上的涂层脱落和微崩刃,其主要磨损机理为高温条件下粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损的综合作用.     

碳纤维复合材料小孔钻削工艺参数优化

采用硬质合金麻花钻进行了碳纤维增强树脂基复合材料直径3 mm小孔的钻削试验,研究了工艺参数、刀具磨损对切削力和制孔质量的影响规律.首先,通过钻削试验,测得了不同工艺参数下的钻削力,回归分析得到了钻削轴向力和扭矩与转速和进给速度之间的关系式.然后,通过刀具磨损试验,获得了后刀面磨损量随制孔个数的变化曲线;对孔出口毛刺损伤进行测量统计和分析拟合,得到了毛刺面积与钻削扭矩间的关系式.最后,以材料去除率最大为优化目标,以钻削后无分层且毛刺损伤满足要求为约束条件,建立了工艺参数优化模型,获得了最优转速和进给速度.     

AlCrN涂层硬质合金切削高温合金耐用度对比实验

采用新型涂层AlCrN硬质合金,并同时采用无涂层YW1和TiAlN涂层硬质合金作为对比实验的刀具材料,对变形镍基高温合金GH4169进行车削刀具磨损的系列实验研究.借助光学显微镜、电子扫描显微镜与能谱探针等工具,建立刀具寿命T-v公式,以刀具耐用度为评价指标,对刀具的磨损形态、磨损机理以及此类新型涂层(AlCrN)刀具对应于镍基高温合金的切削性能进行了分析.研究表明,干切削镍基高温合金,AlCrN涂层硬质合金的性能优于当前主流应用的刀具涂层(TiAlN)刀具.其失效形式主要表现为:后刀面磨损和主切削刃微崩刃.前刀面的磨损程度相对较低.其磨损机理为:高温高应力条件下的扩散、氧化磨损与黏接的综合作用.     

新型TiCN涂层钻头的磨损机理

以M35钴高速钢为基体材料开发出新型TiN、TiCN和TiAlN涂层钻头,通过切削奥氏体不锈钢1Crl8Ni9Ti对比试验发现,TiCN涂层钻头的使用寿命最长、磨损形态最好．为了进一步揭示TiCN涂层的磨损机理,以该新型钻头在加工过程中刀具表面成分变化动态跟踪的方式,分析TiCN涂层钻头在切削过程中成分变化规律和后刀面的磨损过程,归纳出了TiCN涂层钻头的磨损机理并解释了该涂层在加工不锈钢时所表现出优良切削性能的原因．研究结果对奥氏体不锈钢加工钻头的开发、钻削加工参数的优化具有指导意义．     

几种钎头用钢的基本性能比较

在凿岩工作环境中为了满足凿岩钎头的性能要求,通过对常用钎头用钢(40Cr,45CrNiMo1V,30CrNi3Mo)采用的880℃油淬加580℃回火油冷的热处理制度,再进行多冲击疲劳试验,拉伸试验,耐磨性试验的比较,得出综合性能优越的45CrNiMo1V作为液压钻车用螺纹连接柱齿钎头钢体用钢.     

柱齿钻头磨损的若干特点与规律

根据对现场调查结果的分析,建立了钻头上硬质合金齿磨损体积与其摩擦速度、钻头寿命与合金齿磨损等一系列基本关系。实测与分析结果表明,硬质合金齿的磨损不仅影响钻头寿命,而且影响凿岩速度;钻头修磨不仅会提高钻头寿命,而且会显著增加凿岩速度。最后指出,在不明显影响凿岩效率的前提下应尽量降低钻机转速。     

Research on High-Speed Drilling Performances of Austenitic Stainless Steels

Due to specific properties arising from their structure (high ductility, high toughness,strong tenacious and low heat conductivity), the stainless steels have poor machinability. The drilling of the stainless steels becomes the machining difficulty for their serious work-hardening and abrasion of tools. In this paper, the austenitic stainless steel is used as the work-piece to perform the contrastive experiments with the TiN coated and TiAlN-coated high-speed steel drills. The cutting force, torque, cutting temperature, and the abrasion of drills and tool life are tested and analyzed in the process of high-speed drilling. Experiment results show the effect of drilling speed on cutting force, cutting temperature, and drill wear. TiAlN-coated drills demonstrate better performances in high speed drilling. The research results will be of great benefit in the selection of drills and in the control of tool wear in high speed drilling of stainless steels.     

复合钻头钻进过程的有限元模拟

设计了一种新型的“2+2”型牙轮PDC复合钻头（包括CL型和BL型两种结构）,并采用显式动力学有限元分析方法对两种结构的钻头钻进凝灰岩和花岗岩的物理过程进行了数值模拟。结果表明,CL型钻头适合于钻进较硬的地层,而BL型钻头适合于钻进较软的地层;两种钻头钻进硬岩时的牙轮切削齿轴向力均比钻进软岩时的牙轮切削齿轴向力大,在相同岩石中钻进时,CL型钻头比BL型钻头的牙轮切削齿轴向力大;PDC切削齿轴向载荷沿钻头径向的分布形态与刀翼的冠部形状相似,位于锥顶的切削齿轴向载荷最大;钻压在牙轮和刀翼上的分配与钻头的结构类型相关。     

Rapid Manufacturing of Sand Molds by Direct Milling

Direct milling of sand molds is an important development in rapid manufacturing of sand molds. Direct milling is an effective method for manufacturing single or small batches of cast parts. This paper describes experimental investigations to find sand blocks with the appropriate strength, to describe wear patterns of different tools (high-speed steel (HSS), carbide, and polycrystalline diamond (PCD) tools), and to analyze sand mold cutting mechanisms. The results show that the PCD tool outperformes the other tools in terms of tool life. Average flank wear and micro-tipping are the dominant tool failure modes in the sand mold milling process. With a flank wear limit of 0.3 mm, the PCD tool works continuously for about 70 h under the experimental conditions. The experimental results show that the cutting mechanism for direct milling sand molds differs from metal cutting.     

适合于研磨性硬地层的新型孕镶金刚石钻头优化设计试验研究

针对现有钻头在研磨性硬地层中普遍存在钻速低、寿命短的问题,研制了一种孕镶钻齿,通过室内试验优选胎体配方和金刚石参数,设计了一种新型孕镶金刚石钻头,并进行了现场应用。孕镶钻齿设计为圆柱形,以铸造碳化钨和碳化钨为胎体骨架材料,以浓度为25%、粒度为80目的天然金刚石颗粒为磨削元件,采用热压工艺烧结合成。新型孕镶金刚石钻头冠部形状设计为直线-圆弧-圆弧型双锥剖面,采用等间距高密度径向布齿,布齿间距为2 mm,采用横卧和竖立两种方式周向布齿。现场应用结果表明,新型孕镶金刚石钻头可提速79%左右,使用寿命是牙轮钻头寿命的2倍以上。     

金刚石排列模式对钻进时效的影响

 研究金刚石宏观排列模式与金刚石钻头碎岩的时效关系, 不仅有助于设计有序排列金刚石钻头, 而且有利于更好地理解金刚石有序排列下岩石的破碎机理。本文应用ANSYS-LSDYNA 有限元软件对3 种不同金刚石排列模式(弧形排列、均匀排列和射线排列)的平底孕镶金刚石钻头进行孔底碎岩模拟研究, 考察金刚石的排列模式对其钻进时效的影响, 并对采用钎焊法试制的3 种有序排列金刚石钻头进行室内钻进试验。研究表明, 3 种钻头的钻进时效由高到低分别为弧形排列、均匀排列和射线排列钻头, 室内钻进试验结果与数值模拟结果吻合较好。     

Elements inter-diffusion in the turning of wear-resistance aluminum bronze

Inter-diffusion of elements between the tool and the workpiece during the turning of aluminum bronze using high-speed steel and cemented carbide tools have been studied. The tool wear samples were prepared by using M2 high-speed steel and YW1 cemented carbide tools to turn a novel high strength, wear-resistance aluminum bronze without coolant and lubricant. Adhesion of workpiece materials was found on all tools' surface. The diffusion couples made of tool materials and aluminum bronze were prepared to simulate the inter-diffusion during the machining. The results obtained from tool wear samples were compared with those obtained from diffusion couples. Strong inter-diffusion between the tool materials and the aluminum bronze was observed in all samples. It is concluded that diffusion plays a significant role in the tool wear mechanism.