织构化铣刀切削Ti6Al4V的试验研究

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随着表面织构技术的发展,研究发现具有一定非光滑形态织构的表面摩擦副往往具有更好的抗磨减摩性能。近十年来,表面织构技术开始应用于切削刀具领域,相关研究表明合理表面织构在刀具上的应用有效改善了刀-屑、刀-工摩擦副界面间的摩擦状态,尤其加工钛合金等难加工材料时,微织构刀具具有良好的耐磨和抗粘附等优点。目前,表面织构技术主要应用于车刀领域,研究的织构形貌主要包括凸包型、凹坑型与沟槽型织构,其中沟槽型织构改善刀具切削性能效果最为显著,但是沟槽型织构的方向与尺寸参数会影响织构刀具的切削性能。本文基于合理的微织构可以改善车刀切削性能的研究基础,将纵向沟槽型织构、横向沟槽型织构与凹坑型织构分别简称为TA、TB和TC型织构应用于旋转刀具--整体式立铣刀,探究微织构形状以及TA型织构槽宽、间距对微织构铣刀切削性能的影响规律与作用机理。主要研究内容如下:  首先对制备织构时激光工艺参数进行研究,采用正交试验与单因素试验结合的方法分析激光加工工艺参数(激光扫描速度、激光频率、激光功率、激光扫描次数)对织构尺寸与形貌的影响规律,确定最优激光加工工艺参数组合,并利用激光打标机在硬质合金光滑表面制备不同形状与尺寸的表面微织构。  通过摩擦磨损试验,研究不同形状、尺寸参数的微织构对硬质合金表面摩擦性能的影响,对比光滑副、微织构副表面摩擦系数与试验中磨球磨损体积来分析不同摩擦副的摩擦性能,确定织构样件中摩擦性能最优的织构形状与参数组合,将其作为研究对象并制备在立铣刀的前刀面。  然后,通过切削试验,对比在干切削与润滑切削条件下无织构硬质合金刀具与微织构硬质合金刀具高速顺铣钛合金时铣削力、在干式切削条件下铣削钛合金时的切屑形貌与刀具前/后刀面磨损形貌的区别,分析不同刀具在相同切削条件下的切削性能。  最后,归纳整理切削试验数据,结果表明:合理的表面微织构可以有效降低刀具铣削力、增加切屑卷曲、减缓刀具前/后刀面磨损与表面粘结。微织构的形状对铣刀切削性能影响较大,TA型(纵向沟槽型)织构刀具切削性能最好,TC型(凹坑型)织构刀具次之,TB型(横向沟槽型)织构会加重刀具磨损与粘结,增加刀具铣削力,不利于改善铣刀切削性能。TA型织构的槽宽与间距对铣刀切削性能有一定的影响,其中槽宽a=100μm,间距b=100μm左右时,刀具的切削性能最好。
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