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金属加工(冷加工) 2025年第3期 9-14,20页

作者：谢宗浩查慧婷於刘冬赵学奇马原许超厦门理工学院福建厦门361024 深圳市青鼎装备有限公司广东深圳518100 福建省绿色智能清洗技术与装备重点实验室福建厦门361024

TC4钛合金的高硬度和低导热性使其在加工过程中刀具磨损严重,从而影响了该材料的加工质量和加工效率。研究了纵扭复合超声辅助铣削技术在TC4钛合金加工中的刀具磨损机理与刀具使用寿命。研究结果表明,硬质合金刀具TC4钛合金铣削加工主... 详细信息

TC4钛合金的高硬度和低导热性使其在加工过程中刀具磨损严重,从而影响了该材料的加工质量和加工效率。研究了纵扭复合超声辅助铣削技术在TC4钛合金加工中的刀具磨损机理与刀具使用寿命。研究结果表明,硬质合金刀具TC4钛合金铣削加工主要磨损形式为后刀面磨损和切屑黏着,纵扭复合超声振动作用可以有效改善刀具的磨损情况;对于刀具寿命方面,超声振动的优化作用在材料去除量较大的粗加工阶段更加突出。在粗加工中,超声辅助加工比常规加工的材料去除率最高可提升33.5%;在精加工中,刀具的可加工距离增加了10.1%。

关键词：钛合金纵扭复合超声辅助铣削刀具磨损机理刀具寿命

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SiC_p/2024Al复合材料超精密车削刀具磨损机理研究

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中国机械工程 2009年第11期20卷 1293-1296页

作者：葛英飞徐九华杨辉罗松保南京工程学院南京211167 南京航空航天大学南京210016 北京航空精密机械研究所北京100076

对超精密车削SiCp/2024Al复合材料时的单晶金刚石(SCD)刀具磨损模式及其机理进行了研究。结果表明,刀具交替切削硬质SiC颗粒和铝合金基体而产生的交变应力以及SiC增强颗粒对切削刃的高频冲击作用是促使SCD刀具发生崩刃和剥落的主要原因... 详细信息

对超精密车削SiCp/2024Al复合材料时的单晶金刚石(SCD)刀具磨损模式及其机理进行了研究。结果表明,刀具交替切削硬质SiC颗粒和铝合金基体而产生的交变应力以及SiC增强颗粒对切削刃的高频冲击作用是促使SCD刀具发生崩刃和剥落的主要原因。切削时的高温高压及增强颗粒的微切削作用致使刀具产生明显的磨粒磨损。试件切削表面的XRD物相分析及刀具后刀面的拉曼物相分析表明,SiC增强颗粒的磨粒磨损与铝合金基体中铜元素催化作用的共同作用是SCD刀具后刀面在较低温度下发生严重化学磨损的内在机制。

关键词：颗粒增强铝基复合材料单晶金刚石刀具超精密车削刀具磨损机理

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车削工程陶瓷刀-件耦合刀具磨损机理及其理论模型

车削工程陶瓷刀-件耦合刀具磨损机理及其理论模型

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作者：王馨东北大学

学位级别：硕士

刀具磨损状态的监测和预判对生产加工具有重要意义,其直接影响着加工过程中的切削力、切削温度以及加工表面粗糙度等。目前国内外学者的研究主要集中于塑性金属材料的切削加工,对于以工程陶瓷为代表的硬脆性材料,其切削加工过程中刀具... 详细信息

刀具磨损状态的监测和预判对生产加工具有重要意义,其直接影响着加工过程中的切削力、切削温度以及加工表面粗糙度等。目前国内外学者的研究主要集中于塑性金属材料的切削加工,对于以工程陶瓷为代表的硬脆性材料,其切削加工过程中刀具磨损的机理与建模研究相对较少,然而工程陶瓷具有的高强度、高硬度、电绝缘、抗腐蚀、抗磨损及化学性能稳定等优良性能在各个领域都有广泛的应用,近年来更是成为热门的加工材料,因此,研究工程陶瓷切削加工的刀具磨损机理与建模是非常必要且具有现实意义的。本文通过研究车削工程陶瓷脆性材料的去除过程以及刀具的磨损机理,建立了车削工程陶瓷刀具磨损理论模型,并对刀具几何角度的选取、工件材料的选择进行了讨论,主要工作如下:(1)揭示了工程陶瓷磨粒磨损机理,分析提出了磨粒去除机制以及晶粒对刀具产生的犁沟效应,通过超景深显微镜测量了刀具磨损面积并观察微观晶粒,分析出了晶粒对刀具磨损面的作用形式是以磨粒磨损为主,伴有少量粘结磨损。在微观层面上对犁沟效应以及三体磨损做出了解释。(2)基于摩擦学、几何学及运动学分析了刀具磨损表面与工件加工表面之间的磨损方式,同时结合刀具的磨损形式建立了系统的车削工程陶瓷材料刀具磨损理论模型,将传统预测刀具磨损状态的后刀面磨损宽度转换为了建立模型判定刀具体积磨损量,使刀具磨损状态的判定由二维转换为三维,局部上升至全局,同时引入了刀具体积磨损量,更为准确地分析了刀具磨损材料迁移的过程,更加科学地考察了刀具强度与刀具磨损的关系。针对刀具磨损体积难以计算的问题,以逐层计算的思路和微积分方法计算出了刀尖不磨损体积。通过多种刀具车削工程陶瓷实验对模型的精度加以验证,结果表明刀具体积磨损量模型可以对刀具磨损进行准确计算。(3)采用不同刀尖圆弧半径和刀具后角刀具进行了车削实验,对比分析了刀具几何角度对刀具体积磨损的影响,进而得到了车削加工工程陶瓷材料的最适宜的刀尖圆弧半径和刀具后角分别为1mm和20°。

关键词：刀具磨损理论模型陶瓷晶粒刀具磨损机理刀具几何角度磨损体积

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单晶硅金刚石车削频谱分析与刀具磨损机理

单晶硅金刚石车削频谱分析与刀具磨损机理

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作者：张建国哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

单晶硅由于其独特的光学性能被越来越多的应用于光学系统中,已经成为一种重要的红外光学材料。然而,单晶硅具有硬度高、脆性大、断裂强度和屈服强度比较接近的特点,利用传统的切削加工方法很难得到单晶硅高质量的加工表面,一般采用研抛... 详细信息

单晶硅由于其独特的光学性能被越来越多的应用于光学系统中,已经成为一种重要的红外光学材料。然而,单晶硅具有硬度高、脆性大、断裂强度和屈服强度比较接近的特点,利用传统的切削加工方法很难得到单晶硅高质量的加工表面,一般采用研抛方式加工。近年来,由于单点金刚石超精密车削技术得到了极大发展且相对于超精密研抛加工具有几何精度高、效率高、成本低、易于控制、可对复杂表面进行加工的特点,这就使得具有优良特性的金刚石车削技术加工脆性材料的研究倍受瞩目。目前,单晶硅超精密切削过程中材料的脆塑转变机理和微纳去除机理以及金刚石刀具塑性域切削单晶硅刀具磨损机理方面的研究已成为国际研究热点。本文针对上述研究内容作出探索性工作。首先,本文利用科学实验、仿真模拟和理论分析的方法将单晶硅金刚石车削过程中切削力的波动引起刀具振动的频谱分布在数值上加以研究,通过分析刀具振动频谱分布与切削参数的关系,探究单晶硅脆塑转变现象及微纳变形去除方式对频谱变化的影响,认为单晶硅以相变-滑移混合方式进行塑性变形;利用刀具振动频谱随切削长度的数值分布,通过观测特征频段数值变化可以在线监测金刚石刀具的磨损状态。其次,由于单晶硅车削加工后表面质量是影响其应用性能的重要指标,本文借助于纳米压痕实验,研究单晶硅超精密切削加工表面粗糙度、机械力学性能随切削速度及刀具切削长度的变化关系,并分析产生这种现象的原因,为制订单晶硅加工工艺路线做一定准备。最后,本文借助于SEM分析单晶硅金刚石超精密车削刀具随切削长度和切削速度的磨损形态,发现微沟槽磨损是造成金刚石刀具剧烈磨损的主要因素,随后建立刀具磨损量随切削长度和切削速度的关系模型,发现金刚石刀具磨损过程可分为初始磨损、缓慢磨损和剧烈磨损三个阶段,且较高切削速度下刀具磨损量较小;利用XPS分析方法研究加工后单晶硅表层物质成分用以深入研究金刚石刀具磨损机理,发现碳化硅和类金刚石碳硬质颗粒的生成是造成刀具微沟槽磨损的主要原因,并发现碳化硅所占比重较大。

关键词：单晶硅金刚石车削刀具振动频谱加工表面质量刀具磨损机理

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涂层硬质合金车削钛合金的刀具磨损机理研究

涂层硬质合金车削钛合金的刀具磨损机理研究

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作者：孔春雷西南交通大学

学位级别：硕士

钛合金因其密度小、强度高、耐腐蚀性好、热稳定性优异、放射性半衰期短等特点,广泛应用于航空航天、武器装备、核工业和舰艇等军工领域。随着某些关键军用构件的加工精度和表面质量要求越来越高,钛合金的精密加工需求也日益增多。然而... 详细信息

钛合金因其密度小、强度高、耐腐蚀性好、热稳定性优异、放射性半衰期短等特点,广泛应用于航空航天、武器装备、核工业和舰艇等军工领域。随着某些关键军用构件的加工精度和表面质量要求越来越高,钛合金的精密加工需求也日益增多。然而钛合金具有导热率低、化学活泼性强等特性,导致采用金刚石精密车削时,刀具磨损快、成本高,加工精度和表面质量难以保证。涂层硬质合金的成本低、抗氧化性好,成为替代金刚石刀具的优良材料,但是刀具磨损机理不明是阻碍涂层硬质合金在精密切削钛合金技术领域应用的难点。揭示涂层硬质合金的磨损机理,不仅可以为进一步研究抑制刀具磨损的措施提供理论基础,而且可以为开发和制造性能优良的钛合金切削刀具提供依据,同时又能推动钛合金的广泛应用。为研究涂层硬质合金的磨损机理,以一种适用于精密切削钛合金的商用涂层刀具作为对象。首先利用精密设备测试和分析了刀具的理化性能,结果显示:涂层为高Al含量TiAlN涂层,Ti、Al摩尔比（N除外）为0.38:0.62,涂层TiAlN为NaCl面心立方结构,点阵常数为0.416138nm,硬度和弹性模量分别为31.58GPa和400GPa。然后基于以上参数开展了有/无钛合金黏结条件下涂层硬质合金刀具的热分析实验,实验结果表明在无钛合金黏结条件下的涂层会生成Al2O3保护膜,不存在扩散现象;在有黏结的条件下黏结层和涂层之间也未发现扩散现象,并且黏结层阻碍了涂层生成Al2O3保护膜,降低了涂层在高温下的耐磨性。接着通过钛合金/涂层硬质合金摩擦磨损实验,发现涂层的主要磨损机理时疲劳磨损和黏结磨损的综合作用,涂层会在不断的周期性剪切应力和黏着应力作用下产生疲劳,导致内聚力和膜/基结合力不断减小,当小于黏着应力和剪切应力时,黏结层连同涂层一起被剪切掉,形成磨屑,致使基体失去保护直接与钛合金接触,加剧刀具的磨损。最后利用第一性原理计算方法对钛合金/涂层界面的黏结机理进行了分析,发现Ti/TiAlN界面中,bcc-Ti晶体最外层和次外层的Ti原子与5Al-3Ti-8N晶体最外层的Ti、Al、N三种原子发生电子转移,易形成结合力强的共价键,这些键是钛合金和涂层间具有黏着应力的根本原因。

关键词：刀具磨损机理钛合金扩散黏结热分析第一性原理

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基于MQL的钛合金高速切削硬质合金刀具磨损机理的研究

基于MQL的钛合金高速切削硬质合金刀具磨损机理的研究

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作者：吴月颖沈阳理工大学

学位级别：硕士

钛合金以其优异的比强度、耐腐蚀性以及热强度等综合特点成为现代航空制造业中优选的材料。因钛合金的变形系数小、化学活性高、冷硬现象严重和弹性模量小等固有属性，也使钛合金成为一种典型的难加工材料。在钛合金切削过程中，切削温... 详细信息

钛合金以其优异的比强度、耐腐蚀性以及热强度等综合特点成为现代航空制造业中优选的材料。因钛合金的变形系数小、化学活性高、冷硬现象严重和弹性模量小等固有属性，也使钛合金成为一种典型的难加工材料。在钛合金切削过程中，切削温度高、刀具易磨损、加工效率低等问题极大地限制了钛合金的切削加工性。为了延长刀具的使用寿命，常用方式是浇注冷却液，但这种方式不仅冷却效果差，而且对环境造成污染。MQL技术作为一种绿色制造技术，其特点是能有效降低切削区的温度，而且对环境的污染小，在钛合金切削中得到广泛的应用。本课题主要研究在MQL条件下硬质合金切削钛合金刀具磨损特征及磨损机理，并对比分析在干切削条件下和冷却液浇注的方式下刀具的磨损机理；在干切削条件下，通过对切削速度的改变，研究在不同速度下刀具的磨损特征；通过对不同牌号刀具磨损情况的分析，对比刀具在干切削条件和MQL条件下刀具的磨损特征；在干切削条件下，通过试验与仿真的方式研究两种槽形对刀具磨损的影响。通过对不同牌号刀具切削钛合金的试验研究，可知硬质合金刀具在干切削条件下，刀具的主要磨损机理为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损；在MQL条件下，刀具的磨损机理也以粘结磨损为主，并伴随着氧化磨损和扩散磨损；与冷却液方式相比，MQL条件能有效的改善刀具在前、后刀面的磨损程度，但切削速度对MQL条件有一定的限制，高速下MQL条件反而加剧了刀具的磨损速率。对不同牌号分析可知H13A-QM的切削性能最好，而GC1115-QM的切削性能最差。对不同刀片槽形切削钛合金的试验与仿真分析结果表明SM槽形相比QM槽形，刀具的切削性能更稳定，刀具的磨损程度更小。

关键词：钛合金 MQL 硬质合金刀具刀具磨损机理刀具槽形

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轴向车铣钛合金刀具磨损机理的研究

轴向车铣钛合金刀具磨损机理的研究

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作者：王文凯沈阳理工大学

学位级别：硕士

钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好和耐高温等优异的综合性能,因此被广泛应用于航空工业领域中。由于钛合金的弹性模量小,导热性能差,化学活性高及冷硬现象严重等特性,在传统车削加工中容易产生连续切屑,从而引起刀具磨损加剧,严重影响钛... 详细信息

钛合金具有比强度高、抗腐蚀性好和耐高温等优异的综合性能,因此被广泛应用于航空工业领域中。由于钛合金的弹性模量小,导热性能差,化学活性高及冷硬现象严重等特性,在传统车削加工中容易产生连续切屑,从而引起刀具磨损加剧,严重影响钛合金的加工效率。为解决上述问题,实现钛合金加工的高效率、高精度、高可靠性、低成本的目标,提出了采用轴向车铣加工技术进行钛合金的切削加工,并针对该工艺中刀具磨损机理进行了深入研究。论文通过轴向车铣钛合金外圆和内孔,分析了切削条件、切削方式、切削参数、刀具涂层对刀具磨损形貌和使用性能的影响,揭示了刀具的磨损机理。通过分析实验结果表明:在高速轴向车铣钛合金过程中,S30t涂层细晶硬质合金刀具的主要磨损形貌为前刀面月牙洼磨损,剥落磨损,刀尖破坏及后刀面沟槽磨损,刀具磨损形式表现为粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损和磨粒磨损,但以粘结磨损为主;在相同条件下,切削速度对刀具磨损的影响最大,其次是轴向进给量,每齿进给两对刀具磨损量的影响最小;高速轴向车铣钛合金过程中,冷却液条件下比干式切削条件下刀具磨损更严重;逆铣加工外圆和内孔时,为避免切屑掉落,挤压在已加工表面上,引起加工质量变差,应正确选择刀具与工件的相对位置,试验证明:轴向车铣外圆时刀具应放在工件侧面或底,轴向车铣内孔时应放在孔内的上半部分。

关键词： TC4钛合金硬质合金刀具切削参数切削方式刀具磨损机理

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基于深度学习的铣削TC18钛合金的刀具磨损机理分析与预测模型研究

基于深度学习的铣削TC18钛合金的刀具磨损机理分析与预测模型研究

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作者：骆德铖广西大学

学位级别：硕士

TC18(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)钛合金是一种在航空航天、深海潜水、生物医学等领域有着广泛应用的合金。铣削加工TC18钛合金时快速的刀具磨损会使得成本增加和工件表面质量急剧下降。因此,对该过程的刀具磨损机理分析和刀具磨损预测模型... 详细信息

TC18(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)钛合金是一种在航空航天、深海潜水、生物医学等领域有着广泛应用的合金。铣削加工TC18钛合金时快速的刀具磨损会使得成本增加和工件表面质量急剧下降。因此,对该过程的刀具磨损机理分析和刀具磨损预测模型的研究显得尤为重要。本文首先通过一个铣削实验,获得了195组刀具磨损数据,同时采集铣削力信号作为预测模型的输入。通过扫描电镜和EDS能谱分析仪对刀具磨损过程的微观形貌详细的进行分析。基于无需任何特征工程处理的原始铣削力数据,使用深度学习中的卷积双向长短时记忆神经网络(convolutional bi-directional long short-term memory networks,CNN+BILSTM)和卷积双向门控循环单元(convolutional bi-directional gated recurrent unit,CNN+BIGRU)建立刀具磨损预测模型。在刀具磨损量预测模型中,实验结果表明,相较于其它单一模型,CNN+BILSTM模型的预测效果最好。CNN+BIGRU模型效果次之,但是其运行时间更短。同时,CNN+BILSTM模型和CNN+BIGRU模型的收敛速度较快。在刀具磨损状态监测模型中,CNN+BILSTM和CNN+BIGRU模型对于刀具磨损三个阶段平均分类准确率分别达到了96.55%和94.83%,可以满足实际需求。为了有效的选用激活函数,通过在CNN+BIGRU和CNN+BILSTM模型上对sigmoid、tanh和Re LU激活函数做的对比实验,结果表明,采用了Re LU激活函数的模型运行时间最短,收敛速度最快。为了研究本文预测模型的泛化能力,在另一个不同工况下的数据集上进行实验验证。通过对其三个数据集的交叉验证结果表明,本文采用的CNN+BILSTM和CNN+BIGRU模型均具备较好的性能和泛化能力,为刀具磨损在线预测领域提供了一种新的、有前景的方法。

关键词： TC18钛合金刀具磨损机理刀具磨损预测深度学习卷积双向长短时记忆神经网络卷积双向循环神经网络

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新型硬质合金刀具磨损机理的研究

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电力机械 1982年第6期 13-19页

作者：杨广勇北京工业学院

本文研究了新型硬質合金刀具粘結磨損、扩散磨損和月牙洼磨損的机理。作者采用扫描电鏡观察和分析了不同切削速度下硬質合金刀具的粘結磨損現象;分析了粘結磨損的实質;解释了硬質合金刀具在低速下切削产生严重粘桔磨損的原因;探討了粘... 详细信息

本文研究了新型硬質合金刀具粘結磨損、扩散磨損和月牙洼磨損的机理。作者采用扫描电鏡观察和分析了不同切削速度下硬質合金刀具的粘結磨損現象;分析了粘結磨損的实質;解释了硬質合金刀具在低速下切削产生严重粘桔磨損的原因;探討了粘結磨損的影响因素。采用电子探針微区分析仪分析了硬質合金刀具的扩散磨損,对刀具材料和工件材料双方元素的相互扩散作了定量分析;提出了高碳化钛添加鉏、铌类硬質合金刀具扩散磨損机理的模型并解释了扩散磨損的过程。最后还分析了硬質合金刀具月牙洼磨損的形成机理和影响因素。

关键词：硬质合金工件材料扩散磨损磨损形态前刀面基类月牙洼磨损刀具磨损机理刀具材料

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微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

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长春理工大学学报（自然科学版） 2017年第3期40卷 32-37页

作者：于天琪王忠生田兴志于化东长春理工大学机电工程学院长春130022

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化... 详细信息

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。

关键词：微铣削切削力刀具磨损机理切削参数

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