高速铣削AISI 4340合金结构钢时涂层刀具磨损机理研究

针对AISI 4340合金结构钢难加工的特点,选用PVD硬质合金涂层刀具进行高速干铣削试验,选用扫描电子显微镜(SEM)观察失效刀具表面的磨损形貌特征,选用能谱分析仪(EDS)分析磨损刀具表面的元素分布及含量,揭示刀具的磨损机理。研究结果表明:刀具寿命与切削参数选取有关,随着切削速度的增加,刀具磨损加快,刀具寿命降低。硬质合金涂层刀具的主要磨损形式是前刀面磨损和后刀面磨损,前刀面磨损机理主要是粘结磨损、涂层剥落、切削刃微崩刃;后刀面磨损机理主要是磨粒磨损、粘结磨损、扩散磨损、微裂纹。

Kinetics modeling for austenite transformation in AISI 1045 steel during rapid heating under high frequency electromagnetic field

To investigate the effect of alternating magnetic field on austenite transformation process in the case of rapid heating,the austenite kinetics model of AISI 1045 steel was built for spot continual induction hardening(SCIH)process.The results shows that the effect of alternating magnetic field on austenite transformation fraction reaches the maximum(about 3%)when heating rate is the lowest.Relatively low magnetic flux density still has a certain effect on the austenite transformation process during the SCIH process.Concave surface structure can reduce the influence scope of alternating magnetic field on surface in all cases and the minimum influence scope appears when the feed path of inductor is longitudinal.Convex surface structure can minimize the influence scope of alternating magnetic field in depth when the feed path of inductor is longitudinal.The austenite distribution of transitional region on surface for horizontal movement is more uniform than that for longitudinal movement.The austenite distribution of transitional region in depth for longitudinal movement is more uniform than that for horizontal movement.The simulated results are consistent with the experimental results and the austenite transformation kinetics model developed for SCIH process is valid.

硬质合金铣刀刃口优化及切削寿命研究

刀具切削寿命是高端制造领域中重要的评价环节,能够直接影响切削效率与企业效益。刀具的宏观几何结构是影响刀具切削寿命的重要因素之一,而刀具微刃口作为工件与刀具的直接接触区域,其刃型结构也是影响刀具寿命的关键因素。本文通过立式旋转钝化法制备了具有对称型与非对称型微刃几何的硬质合金铣刀,并通过AISI1045钢铣削实验进行对比分析,研究了不同微刃结构对铣刀寿命的影响,实现了刀具微刃结构的优化设计。实验结果表明:经钝化处理的微刃表面形貌质量得到显著提升,前后刀面钝化速率的差值是形成不同微刃结构的关键因素,不同微刃结构下的后刀面磨损以沟纹磨损为主,优化后的铣刀能够有效抑制刀具崩刃,减缓刀具磨损速率,形状因子K=0.5、钝圆半径R=11μm的优化方案寿命提升最为明显,增益高达25%。

基于权重粒子群算法的工件铣削温度研究

为研究铣削加工中工件的温度分布规律,推导其热传导数学模型,提出应用权重粒子群算法(Weighted particle swarm optimization,WPSO)开展时变热流密度辨识的方法,并结合试验数据对AISI1045钢在特定工况下的温度分布情况进行分析。结果表明,铣削过程中的界面热流密度呈3个阶段的非线性变化;切削初期存在缓慢温升的平台期,渡过平台期后,工件与刀具相接触部分的温度急剧上升,最高温度可达到860℃左右;从试验结果与解析结果的对比来看,两者误差的最大值约为11.06%,结果基本吻合。研究表明所提出的方法可以较为准确研究铣削加工过程中工件的温度分布情况。

超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的组织结构与摩擦学性能

为进一步提高超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层的性能,采用超音速火焰喷涂技术在AISI1045钢基体上制备NiCr-Cr_3C_2涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了涂层的形貌、相结构及化学成分;测试了涂层的显微硬度、弹性模量、结合强度等;采用摩擦磨损试验探究了涂层的摩擦学性能,得出了摩擦系数随时间的变化曲线及涂层的摩擦磨损机理。结果表明:超音速火焰喷涂NiCr-Cr_3C_2涂层晶体结构复杂,含有单晶、纳米晶,还含有少量非晶相,且涂层结构致密,孔隙率低,显微硬度为916 HV3 N,弹性模量为248.671 GPa,结合强度为63 MPa;在不同载荷条件下,涂层的摩擦系数随时间变化趋势大致相同,且载荷越大,摩擦系数越低,磨损体积越大;载荷为20 N时,涂层磨损机制表现为黏着磨损,载荷增大到60 N时,涂层磨损机制过渡到磨粒磨损。