硬质合金涂层刀具车削GFRP的切削力研究

研究了硬质合金涂层刀具车削玻璃纤维增强复合材料时,切削用量对切削力的影响,并通过正交试验建立了切削力经验公式。结果表明:切削速度引起的树脂软化对切削力的影响较大,切削分力随切削速度的增加先减后增,但切削速度由243 m/min增至342 m/min时,切削力变化趋于平缓;切削力随进给量和背吃刀量的增加而增大,但在进给量为0.05 mm/r时,由于涂层刀具刃口的挤压作用,轴向切削力反而较大。正交试验和极差分析表明,背吃刀量对切削合力及各切削分力的影响最大,切削速度对切削合力及轴向分力Fx和径向分力Fy的影响次之,进给量对主切削力Fz的影响较切削速度大。

刀具几何参数对GFRP复合材料切削力的影响仿真研究

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)两相材料属性相差迴异,加工难度大。利用有限元仿真软件对玻璃纤维增强复合材料进行了研究,分析了刀具几何参数与切削力之间的关系。结果表明:当刀具前角由3°增大到12°时,切削力下降,但当前角由12°增大到15°时,切削合力和主切削力有微小上升趋势;当刀具后角从2°增加至12°时,切削力呈现下降趋势,从12°增加至22°时,切削力呈现增大趋势;当刃口半径由0.05mm增加至0.4mm时,切削力减小,刃口半径从0.4mm增加到1.2mm时,切削力增加。仿真得到的最合适刀具几何参数分别为前角12°、后角12°和刃口半径0.4mm。

纤维增强复合材料制孔刀具研究现状与展望

纤维增强复合材料具有比强度高、比刚度大,抗磨损等优良性能,广泛应用于航空航天、汽车、新能源等领域。纤维增强复合材料在应用过程中常与其他结构件连接,连接所需的制孔加工成为必不可少的关键工艺。因其材料的层间剪切系数小、材料各向异性、导热性差等特性,其制孔加工对钻头材料的硬度、强度、耐磨性及刀具几何结构提出更高要求。主要综述纤维增强复合材料制孔用刀具材料及刀具几何结构设计方面的研究现状,并对其发展趋势进行展望,以期为纤维增强复合材料制孔用刀具的优选和改进提供参考。

刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统阻抗特性的影响

针对刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统的影响,利用四端网络法,将压电换能器与变幅杆结合在一起,提出了声学系统的整体设计方程,得出了负载与声学系统阻抗特性的关系式。利用有限元软件对声学系统进行模态分析及谐响应分析,并利用阻抗分析仪和激光位移传感器对声学系统的阻抗﹑谐振频率和输出振幅进行检测。仿真和实验结果表明:随着刀具负载的增大,声学系统的阻抗值增大,谐振频率减小,但仿真与实验得出的输出振幅与理论分析不同,这是由于刀具的放大作用造成的。研究结果对声学系统的设计及实际应用有指导意义。

超声振动切削加工技术的研究进展

综述近年来我国超声振动加工技术在超声振动装置、加工刀具和切削机理方面的一些研究成果,以及超声振动切削加工技术在难加工材料加工、深孔钻削、超声复合加工等方面的应用研究进展,并探讨了超声振动技术未来的发展方向与研究重点。

SiC_p/Al复合材料高速切削的研究现状

介绍了SiCp/Al复合材料的特点、应用现状和加工难度,综合评述了SiCp/Al复合材料高速切削的国内外研究现状,分析了目前存在的主要问题及今后的研究方向。

CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割机理

采用电火花线切割方法对CBN-WC-10Co刀具材料进行了线切割加工实验,利用带能谱分析的扫描电子显微镜(SEM)观察了切割试件截面和表面的显微形貌并进行了成分分析。从微观角度分别研究了CBN颗粒和硬质合金基体的材料去除机理,分析了CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割热损伤情况。研究结果表明:CBN-WC-10Co刀具材料的电火花线切割材料去除机理主要是通过放电通道产生的高温使材料局部区域熔化或者气化,在放电爆炸力作用下被抛出熔池,同时放电爆炸力使部分CBN颗粒直接从硬质合金基体脱落,形成凹坑;黏结剂金属钴因其导电性好、熔点和沸点低而容易被过量去除,导致WC颗粒因失去支撑结构而从表层脱落,且放电通道内产生的爆炸冲击波也会造成WC边缘局部碎裂。

Al_2O_3/Ti(CN)复合刀具材料的制备及切削性能研究

利用热压烧结工艺制备出Al2 O3 /Ti(CN)复合陶瓷刀具材料。测得该材料的平均抗弯强度为 82 0MPa ,平均断裂韧性为 7.4MPa·m1/ 2 ,维氏硬度为 2 0 .4GPa。通过与陶瓷刀具材料LT5 5、SG4的切削性能进行对比试验 ,发现其连续切削淬硬钢的性能高于SG4,但耐磨性能比LT5 5稍低 ,是一种适合连续切削铸铁与淬硬钢、尤其适合断续切削淬硬钢的刀具材料。

不同颗粒度SiC增强铝基复合材料的切削加工性能与适用刀具

铝基复合材料中增强粒子的大小对复合材料的切削加工性能影响极大，本文研究了不同颗粒度碳化硅颗粒对铝基复合材料切削加工性能的影响。并分析了不同颗粒度碳化硅增强铝基复合材料所适用的刀具。

碳纤维复合材料专用CVD金刚石涂层刀具的制备及试验研究

碳纤维增强复合材料(简称碳纤维复合材料)是以石墨纤维或碳纤维为增强材料的复合材料,具有耐磨性好、耐高温、强度高、密度小、比刚度高和低温性能好等优点,但在钻削过程中易使普通的硬质合金刀具磨损。而金刚石涂层刀具在钻削较硬金属材料和非金属材料时,具有良好的切削加工性。通过CVD金刚石刀具与普通的硬质合金刀具对碳纤维复合材料的钻削试验对比以及两种刀具的磨损研究可以得出,CVD金刚石涂层刀具的钻削性能明显好于普通的硬质合金刀具。

新型梯度功能陶瓷刀具材料的设计模型

本文首次提出对陶瓷刀具材料的组成分布、微观结构进行设计以形成梯度的模型，通过对不同组成分布的刀具工作过程中的热应力、机械应力及材料制备过程中的残余热应力进行模拟，以使刀具材料内部形成与外载应力部分抵消的机制，从而提高陶瓷刀具抗磨损破损的性能。

工件材料特性对SiCp／Al复合材料高速铣削加工性的影响

使用聚晶金刚石刀具(PCD),在切削速度为1 200 m/min下,研究了增强颗粒体分比与尺寸、热处理状态和冷却方式等对SiC p/2009Al复合材料高速铣削加工性的影响。结果表明:减小体分比或使用冷却液有助于明显改善SiC p/2009Al复合材料高速铣削加工性。材料经热处理后,加工表面质量明显提高,但切削力显著增大、刀具耐用度明显降低、切屑锯齿形更加明显。体分比一定时,在一定程度范围内增大增强颗粒尺寸有助于降低切削力和切削温度、延长刀具耐用度,但加工表面质量有所下降。

WC-TaC-C_(sf)刀具材料与201不锈钢球的干摩擦磨损性能研究

试验研究了WC-TaC-C_(sf)刀具材料与201不锈钢的摩擦磨损性能,结果表明:摩擦系数不仅随滑移速度的增加而减小,而且随载荷的增加而减小;刀具材料的磨损率随滑移速度和载荷的增大而不断增大,其最大磨损率为8.1×10^(-6)mm^3/(m·N);在接触面所发生的复合涂层的形成和破损对材料的磨损机理具有重要的影响,刀具材料的磨损机理为粘着磨损和磨粒磨损。

金属粘结补强复合陶瓷刀具材料的研究

通过组成与显微结构的设计研究了活化金属粘结的Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－Ａｌ＿２Ｏ＿３与Ａｌ＿２Ｏ＿３－ＴｉＣ两类多种组成（牌号）的复合陶瓷刀具材料，这些陶瓷由于组成与显微结构的不同，其切削加工的应用范围亦有所不同，但均具有高的强度与韧性，优良的红硬性和良好的化学稳定性，可满足多种加工对象的要求，在其各自的加工应用范围内，均能发挥出十分优异的切削性能。

刀具涂层和几何参数对钻削SiC/SiC的影响

为了研究SiC/SiC复合材料的加工性和在钻削过程中的切削力、刀具磨损和孔质量,使用整体硬质合金钻头和金刚石涂层的硬质合金钻头对SiC/SiC复合材料进行钻削试验,并设计正交试验对刀具的几何角度参数和钻削过程中的的切削力的关系进行分析,加工后观察刀具磨损和孔出口质量。结果表明:在低转速低进给条件下,金刚石涂层的硬质合金钻头适合加工SiC/SiC复合材料。在加工参数不变的条件下,对切削力影响最大的角度因素为螺旋角,其次是顶角,后角影响最小,并根据正交试验的结果得出一组最优刀具角度参数:顶角118°,螺旋角20°,后角16°。刀具的主要磨损形式是涂层脱落,孔出口缺陷的主要形式是毛刺和纤维拔出。

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损分析

选择C/C复合材料,研究切削参数对该复合材料切削加工表面形貌和刀具磨损形貌的影响。结果表明,当切削速度较低时,刀具的磨损程度较轻,呈现出粘着磨损形式;当切削速度较高时,主要磨损形式为崩刃磨损。随着切削深度的不断增大,刀具的磨损程度有着较大的增大,当切削深度较低时,磨损形式主要以磨粒磨损为主;当切削深度较大时,磨损形式主要以剥落磨损为主。切削深度和进给量与表面粗糙度的关系都呈现出正相关关系,切削速度与表面粗糙度之间的关系较为复杂,随着切削速度的增大呈现出先增大后减小的趋势。

CFRP/Al叠层材料二维正交切削过程数值仿真

由于CFRP与Al合金材料之间的差异性,对其构成的叠层材料的加工带来巨大挑战,同时由于实验研究的高成本、时间消耗以及计算机技术的高速发展,数值仿真成为研究切削过程的有力方法。将三维钻削过程简化为由不同的本构模型和损伤准则建立的2D正交切削宏观有限元模型,研究了切削顺序、进给速度、刀具前角对45°纤维角CFRP/Al合金叠层材料切削力和CFRP切削损伤的影响。仿真结果表明:CFRP→Al切削顺序优于Al→CFRP切削顺序。进给速度对切削过程中切削力和切削损伤的影响高于刀具前角。当刀具前角大于5°时,增大刀具前角对45°单向CFRP的切削力和加工后表面损伤影响不显著。

基于声发射的高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料切削刀具效能评估

为评估加工高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料时切削刀具的极限效能,采用声发射信号作为硬质合金刀具、氮化硼涂层刀具、聚晶金刚石刀具在不同工况下的磨损在线监测信号,通过试验绘制声发射信号随刀具磨损的变化曲线,明确刀具磨损随时间变化的规律,确定刀具的极限效能,同时借助扫描电镜观测刀具磨损形态和刃口磨损特征尺寸。研究结果表明,采用声发射信号作为刀具磨损监测信号评估刀具极限效能的方法可行,声发射信号不再出现明显能量波动的时刻达到刀具的极限寿命。加工高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料时,硬质合金刀具切削性能最差,氮化硼涂层刀具切削性能较好,聚晶金刚石刀具切削性能最优。采用氮化硼涂层刀具加工高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料时,建议切削参数为转速2500 r/min、进给速度200 mm/min、切削深度0.5 mm。采用聚晶金刚石刀具加工高体积分数碳化硅颗粒铝基复合材料时,建议切削参数为转速3000 r/min、进给速度300 mm/min、切削深度0.3 mm。

刀具材料的历史进展与未来展望

论述了刀具与刀具材料在人类历史中发挥的重要作用，阐述了各种刀具材料（高速钢，硬质合金，陶 瓷，金刚石，立方硼等）化学成分的种类与进展。对现代刀具材料的新进展及来来的状况作了讨论与 预测。

复合材料切割工艺装置研究

文中简要介绍了复合材料的组成、性能特点及加工特点,并针对加工特点及要求,优化其加工工艺,提出了用通用工艺装置代替专用机床加工复合材料零件,对不同的工艺装置进行了比较分析,较详细地介绍了工艺装置的组成、各部分功能及设计要求。使用该工艺装置,可对不同尺寸的复合材料进行切割加工。