陶瓷刀具的发展历程

现代制造技术向高精度、高柔性和强化环境意识的方向发展,机械加工中的辅助工时大大缩短,高速切削加工技术和刀具材料研究越来越迫切。而高速切削的发展主要取决于高速切削刀具和高速切削机床的发展,陶瓷刀具应运而生,国内外对陶瓷刀具的切削性能已作出很多可贵的尝试与研究,成功应用于生产实践的陶瓷刀具越来越多。     

基于热力学的PCD刀具加工ZL109铝合金的扩散磨损

PCD刀具高速切削时温度有时高达800-1 000℃,刀具材料元素的扩散有可能对PCD刀具的磨损产生重要影响.为此,从热力学角度研究了PCD刀具的扩散磨损规律,利用热力学理论求出了碳元素在铝中的活度,推导出了金刚石刀具中碳元素在工件材料铝中的溶解度模型,在该热力学模型基础上用Matlab计算出不同温度下PCD刀具加工铝合金时刀具材料元素扩散溶入工件材料中的浓度值.结果表明,刀具材料元素在工件材料中的扩散以指数函数的形式发生,随着切削温度的升高略有降低,变化平稳.XPS测试还表明,金刚石刀具中的碳元素与工件材料中的硅元素发生化学反应生成了硬度很高的碳化硅,对刀具的磨损产生影响.研究结果可对刀具材料的研究和设计提供参考,并可实现对刀具磨损状态的预报.     

陶瓷刀具材料的应用及发展

本文阐述了陶瓷刀具材料的分类、性能特点及其应用,对陶瓷刀具材料的发展过程和在国内外机械工业的使用概况进行了综述,指出金属陶瓷、涂层刀具、超微粉刀具等是陶瓷刀具材料的发展趋势。并对两种新型陶瓷刀具材料一梯度功能陶瓷刀具材料、FeAl金属间化合物／Al2O3陶瓷复合材料的制备、性能和发展前景进行了介绍。     

刀具材料的研究现状及展望

随着难加工材料的日益增多以及对加工效率的要求的提高,刀具的发展对提高生产效率和加工质量具有直接影响。本文以刀具材料为主线,介绍了高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等刀具材料的性能以及现状。根据刀具材料的优缺点提出其适合的加工切削条件,同时在理论层面提出对未来发展的思考。     

金属切削刀具常用材料及其选用

金属切削刀具的切削性与其几何参数有非常重要的关系,但能够决定刀具材料切削性能的是其本身的强度和韧性、硬度和耐磨性、耐热性等。本文详细介绍了金属切削刀具常用的材料及其典型牌号的这些特性,通过对刀具材料这些特性的分析,使人们能够了解每种刀具材料适易于加工的工件材料,有助于帮助使用者合理选择,以充分发挥材料的切削性能。     

硬脆材料加工中超硬刀具的应用

在硬脆材料的加工中,对刀具材料的要求越来越高,硬度高、性能好的刀具已成为加工过程中理想的刀具。近年研制成功的超硬刀具,由于的性能好,耐用度高、综合成本低等特点,应用越来越广泛。本文主要针对超硬刀具在硬脆材料中的应用进行分析,使超硬刀具在今后能够得到更好的发展以及更加广泛的应用。     

高速切削刀具材料及其合理选用

刀具是实现高速切削加工的关键,本文阐述了高速切削刀具材料的要求、高速切削加工刀具材料的种类,以及高速切削不同材料时刀具材料的合理选用。     

超硬刀具切削复合材料的实验研究

复合材料作为一种新型的工程材料 ,已在航空、航天等现代工业中得到广泛应用。超硬材料 (金刚石 ,立方氮化硼 )则是在 2 0世纪后期发展起来的新型刀具材料。文中阐述了复合材料和超硬刀具材料的种类、性能与制造方法。用超硬刀具对复合材料进行了切削试验 ,文中介绍了部分试验内容 ,并列出试验数据。实验研究表明 ,超硬刀具是加工复合材料最有效的刀具。PCD与 PCBN复合片及 CVD厚膜金刚石刀具能够有效地加工各种复合材料 ;但 CVD薄膜金刚石刀具只能加工纤维加强的复合材料。     

金刚石刀具切削铝合金时刀具材料和切削用量的选择

金刚石是切削有色金属的优选刀具材料。本文阐述了金刚石刀具材料的特性,切削加工铝合金时PCD刀具材料粒度和复合片厚度、几何角度、切削用量的选择。     

纳米复相陶瓷刀具性能研究

纳米复相陶瓷刀具材料的研究成功有望从根本上解决陶瓷材料的脆性问题,比起传统陶瓷刀具材料,它具有更高的抗弯强度、断裂韧性等力学性能。本文介绍纳米复相陶瓷的增韧补强机理;对研制高性能纳米陶瓷刀具材料需考虑的主要因素进行了探讨。     

玻璃纤维短切刀具结构参数和材料的优化研究

玻璃纤维短切原丝的生产因对于专用刀具研究不足而生产效率低下、生产成本高.为了改变这一现状,对玻璃纤维短切专用刀具进行研究.首先基于玻璃纤维的特性提出了玻璃纤维的弯曲切断模型,然后对刀具的切入角和切入深度进行了探讨,并基于模型对短切刀具的楔角参数进行了深入研究,得出了楔角参数的优选范围并从企业多年的生产试验数据中得到了验证.研究发现楔角参数的进一步优化与刀具材料有关,因此分析了玻璃纤维短切刀具材料的成分、组织和性能,并据此选用SKS(之后用国产CrWMn材料替代)制成短切刀具与常用的T12A刀具进行短切实验比较,发现CrWMn刀具的使用寿命是碳素钢刀具的5倍,可以极大地提高原丝的生产率.     

SiCp/ZL201复合材料切削加工性能研究

用硬质合金YG6和高速钢W18Cr4V为切削刀具,研究了碳化硅颗粒增强ZL201复合材料中的碳化硅颗粒含量及其尺寸等参数对切削加工性能的影响。试验结果表明:碳化硅颗粒尺寸越大、碳化硅含量越多,对刀具的磨损速度越快;在相同材料、相同切削条件下,高速钢比硬质合金刀具磨损速度快;碳化硅颗粒粗大,加工工件表面粗糙度大,且随颗粒含量的增加而增大,而碳化硅颗粒细小时,加工表面粗糙度较小,且随着颗粒含量的增加而减小。探讨了刀具磨损机理,认为复合材料对刀具的磨损属磨粒磨损。     

一种基于利润率模型的刀具综合评价与筛选方法

提出了兼顾各刀具在加工同一材料时匹配各自的最佳加工参数的单元利润率模型的刀具综合评价和筛选方法,并将该方法应用到了难加工材料钛合金Ti-1023的切削刀具的评价与筛选中,取得了理想的筛选结果. 具体方法是:首先通过切削力等约束条件,实验确定样本刀具铣削钛合金Ti-1023时相匹配的最佳进给量、切削深度和切削宽度等切削参数,其次通过变速法实验确定最佳切削速度,进而得到各刀具耐用度和材料切除率,最后计算出利润率值并进行刀具的评价和筛选. 运用该方法在切削钛合金Ti-1023的4种刀具中筛选出最适合的S30刀具,也得到了各刀具在切削Ti-1023材料时匹配最佳的铣削参数.      

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.     

制造金属纤维时的切削用量研究

在用大刃倾角切削法制造金属纤维的生产中,生产效率较低是制约该技术发展应用的关键问题。本文作者研制了一种新型刀具－大刃倾角多齿状刃刀具,大大提高了生产率。本文对新型刀具的切削用量进行了试验研究和理论分析,给出了可行的切削用量范围,可供实际生产中参考应用。     

多齿刀具制造铜纤维的表面形貌成形研究

金属纤维是一种新型多用途工程材料.利用多齿刀具在普通卧式车床上加工出了连续铜纤维,通过与拉拔法生产的铜纤维SEM观察对比,发现多齿刀具制造的铜纤维具有粗糙的茸状形貌表面结构特点.并应用切削试验对比了采用不同切削用量时铜纤维的表面形貌,研究了切削用量对于铜纤维的表面形貌的影响规律.实验结果表明切削速度对于铜纤维的表面形貌影响最大,背吃刀量和进给量影响较小.因此为获得具有茸状形貌表面结构特点的连续铜纤维,应该选择较小的切削速度,并根据当量直径的要求,选择合适的背吃刀量和进给量.     

CBN刀具加工合金涂层细长轴试验研究

通过对合金涂层的机加工性能分析,并采用ＣＢＮ（立方氮化硼）刀具对合金涂层细长轴进行切削实验,得出使用ＣＢＮ刀具以车代磨的条件及优越性．研究了刀具磨损及其寿命,给出了ＣＢＮ刀具以车代磨的适用范围．     

基于局部摩擦因数模型的切削力预测建模

基于局部摩擦因数模型分别建立前刀面摩擦区、切削刃钝圆区、后刀面摩擦区的受力预测模型,进而获得切削力预测值.以钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）刀具和20Cr2Ni4合金钢为研究对象建立直角切削实验,通过三向测力仪测量直角切削主切削力和切深抗力,并与预测切削力进行对比,数值基本吻合.分析了切削参数以及刀具前角对切削力大小的影响规律.结果表明切削力随切削速度和刀具前角的增加有减小的趋势,随着切削深度的增加明显增大.      

钛合金Ti6Al4V铣削加工过程阻尼模型稳定性预报

钛合金的导热系数小、化学亲和性大,易与摩擦表面产生黏附现象,在加工过程中容易产生变形,导致切削力的波动,引起系统的振动.针对这种难加工材料,往往采取低速切削.在低速加工过程中,刀具与工件加工表面之间产生的过程阻尼对系统的稳定性影响尤为显著.以钛合金Ti6Al4V为研究对象,进行铣削加工实验,以基于摩擦颤振原理的过程阻尼模型为动力系统模型,给出其稳定性分析的全离散预报方法,得到的稳定性Lobe图与加工实验数据相吻合,有效地预报了钛合金Ti6Al4V在低切削速度条件下的加工稳定性,可以减少刀具磨损,提高加工质量.     

精密切削加工中表面粗糙度的在线检测

本文研制了一种光纤表面粗糙度在线测量系统,通过涡流测微仪和步进马达控制系统,可以补偿由于工件尺寸变化、机床导轨几何误差和主轴部件的振动造成的光纤探头和被测工件表面之间的距离变化,使光纤测量仪的输出只反映已加工表面粗糙度的变化。该测量系统能识别出金刚石刀具切削铝合金时,影响加工表面粗糙度的主要因素是积屑瘤和振动。同时还可以用在线监测加工表面粗糙度的方法来监测刀具的磨损。