金属陶瓷刀具高速切削钛合金试验研究

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TC4钛合金高速切削的表面粗糙度与切削力实验研究的开题报告

TC4钛合金高速切削的表面粗糙度与切削力实验研
究的开题报告
一、选题背景和意义
随着制造业的飞速发展，对于零部件加工的要求也越来越高，特别
是高速铣削领域，锻钢、不锈钢的加工难度越来越大，同时对于加工质
量的要求也越来越高，因此，寻找一种合适的加工材料成为了制造业中
的一项重要研究课题。

而TC4钛合金因其具有良好的耐热、耐腐蚀性能
和高强度等优点，已成为制造业中的重要材料之一。

然而，由于TC4钛合金的高硬度和低导热性，使其加工难度和对刀
具的磨损也相应增加，因此，需要探究其切削力和表面粗糙度的规律，
深入研究TC4钛合金的加工特性，为提高其加工质量和效率提供科学依据。

二、研究内容和方法
本文旨在研究TC4钛合金高速切削时的切削力和表面粗糙度的规律，并对其影响因素进行探究。

具体包括以下几个方面：
（1）收集相关文献，对TC4钛合金的加工特性、高速切削的切削力和表面粗糙度的研究现状进行综述。

（2）设计高速切削实验方案，选取不同的切削速度、进给量和切削深度等参数，测量和分析切削力和表面粗糙度。

（3）将实验数据进行处理和分析，绘制切削力和表面粗糙度随加工参数变化的曲线，并对其规律进行解释。

（4）利用SPSS等统计分析软件进行回归分析，建立TC4钛合金高速切削的切削力和表面粗糙度的数学模型，预测其加工性能。

三、预期结果和应用价值
通过对TC4钛合金高速切削的实验研究和分析，本研究将得到该材料加工特性的详细描述和规律，为制造业提供科学可靠的加工参数和工艺流程，提高加工质量和效率，降低生产成本。

同时，本研究还可拓宽TC4钛合金的应用范围和领域，促进其在制造业中的广泛应用。

不同刀具材料高速车削钛合金的性能研究_李友生

第31卷　第15期2009年8月武　汉　理　工　大　学　学　报J OURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo l .31　N o .15　A ug .2009DOI :10.3963/j .issn .1671-4431.2009.15.009不同刀具材料高速车削钛合金的性能研究李友生,邓建新,李甜甜,李剑锋(山东大学机械工程学院,济南250061)摘　要:　使用硬质合金刀具、硬质合金涂层刀具和CBN 刀具在相同切削参数下进行钛合金(T i -6A l -4V )的高速车削实验。

实验表明:CBN 刀具使用寿命最长,其次是硬质合金涂层刀具;切削加工过程中,CBN 刀具的切削力比较稳定,硬质合金刀具和涂层刀具的切削力随着不断切削而迅速增大,切削过程中,涂层刀具的切削力比硬质合金刀具的切削力小;3种刀具的前刀面磨损形式均不同于常规月牙洼磨损,而是切削刃处磨损最大的斜面磨损,3种刀具材料的磨损机理都有磨粒磨损、粘结磨损和扩散磨损,其中在硬质合金刀具和涂层刀具的磨损边缘区还发生氧化磨损。

关键词:　刀具材料;　钛合金;　刀具寿命;　磨损机理中图分类号:　T G 501文献标识码:　A 文章编号:1671-4431(2009)15-0029-04Performance of Different Cutting Tool Materials in High -speedTurning Titanium AlloysLI You -sheng ,DENG Jian -x in ,LI Tian -tian ,LI J ian -feng(School of M echanical Engineering ,Shandong U niversity ,Ji 'nan 250061,China )Abstract :　Straig ht cemented carbide tool ,coated carbide too l and CBN cutting tool were used to high -speed turn titanium alloys (T i -6Al -4V )in the same cutting parameters .T he results of trial were analyzed ,and it is found that the cutting life of CBN too l is lo ngest ,and the second one is coa ted carbide tool .During the process of machining ,the cutting forces of CBN tool are very stable ,as to straight cemented carbide tool and coated carbide tool ,their cutting forces increase rapidly ,and the cutting forces of coated carbide tool are smaller than that of cemented carbide too l during machining process .T he wear forms o f rake face of all cutting tool materials is not crater wear ,but slope plane wear with the maximum w ear at the cutting edge ,and the wear mechanism o f three kinds of too l materials includes abrasive w ear ,adhesio n wear and diffusion ,meanwhile o xidation wear is found at the wear edge of cemented carbide tool and coated carbide tool .Key words :　tool ma terial ;　titanium alloys ;　cutting life ;　wear mechanism收稿日期:2009-03-22.基金项目:国家自然科学基金(50675120)和教育部博士点基金(20070422012).作者简介:李友生(1981-),男,博士生.E -mail :lys @mail .sdu .edu .cn钛合金具有比强度高、热强度高、抗腐蚀性好等优良特性[1-2],在航天、航空等领域越来越受到青睐,它已经被广泛应用于军事和民用领域。

金属陶瓷刀具材料研究进展

中图分类号：Ｑ１４７文献标识码：Ｔ７．５Ａ
次数，保证被加工工件的小锥度和高精度；４高速切（）
１前言
在工业界，金属加工用切削刀具是一种非常重要
削或实现“ 以车、铣代磨” 切削效率比传统刀具高。，由于它具有耐高温、耐磨、抗高温蠕变、导热系数低、热膨胀系数低、耐化学腐蚀性好等特点，在其他材料性
续切削和毛坯粗车等冲击力很大的加工；３耐用度（）
金属陶瓷刀具的硬度比硬质合金刀具高，抗氧化
性能好ｍ并且断裂韧性和抗弯强度比非金属陶瓷刀，具高［其更适合于对淬火钢、４］，高强度钢以及铸铁的
比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀
表１几种刀具材料的力学性能比较闭
０９．４２
收稿日期：０９１－０２０－０２通讯联系人：李少峰，－ｉｉａｖ＿ｅｇｉ．ｒＥｍａ：ｎｌｅｆ＠ｓａｏｌｖｏｎｎｃｎ
《陶瓷学报）ｏｏ年第１期２ｌ
表２ＴＣ和ＷＣ的性能对比ｉ
Ｔａ．ｍｐｒｏｆｐｏｅｔｓｂｔｅＣｎＣｂ２ＣｏａｉｎｏｒｐｒｅｅｗｅｎＴｉａｄＷｓｉ
能不能满足要求的条件下而得到广泛的应用。
的产品。常用刀具材料分为以下几类：１高速钢材料；（）
（）２硬质合金材料；３陶瓷刀具材料；４超硬刀具材（）（）料［它们的力学性能比较如表ｌ１】，。陶瓷材料以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定
近年来，陶瓷刀具产业取得了快速的发展，现代陶瓷刀具材料多为复合材料。前应用于刀具的陶瓷目

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究刘鹏;徐九华;冯素玲;傅玉灿;耿国盛【摘要】通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2010(042)002【总页数】6页(P224-229)【关键词】高速切削;钛合金;聚晶金刚石刀具;回归正交设计;单因素试验设计;切削力【作者】刘鹏;徐九华;冯素玲;傅玉灿;耿国盛【作者单位】南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TG506钛合金具有比强度高、热强度高、抗断裂性高、高温(低于500°C)抗腐蚀性好等优良特性,使得钛和钛合金得到了很大的发展。

钛合金最初应用于航空航天的飞行器和发动机零件的制造,现在包括石油、化学、食品加工、医疗器械、核工业、汽车和船舶工业等工业部门的钛合金应用也得到了发展。

但钛合金同时具有导热系数小、高温化学活性高、弹性模量低、摩擦系数大等特性,导致其加工性能差。

钛合金的切削加工通常都在低速、低效和大量使用冷却液的条件下进行,这与当前高速、高效和环保加工的趋势相悖。

因此,钛合金的高速、高效绿色切削加工成为国内外研究的热点[1]。

作为高速切削机理研究中的关键问题,高速动态切削力的预报是一个相当复杂的问题。

PCD刀具高速车削TC4钛合金切削力的研究

试验所使用的机床为ＪＩＦＣＮＣＩＶ４６０ｘ１０００，所使用的测力仪为ｋｉｓｔｌｅｒ９２５６ｃ。所使用的切削参数
见表５。
作者简介：李飞（１９８２一），男，讲师，硕士，山西武乡人，研究机
（代号ＴＣ）。本文所使用的材料ＴＣ４属于ａ＋』３相钛合金，具有亲和力大，导热性差且强度高等特点，
一
料
皴／ｃｍ３，ｇ（ＧＰａ）
嚣
ＭＰａＭＰａ
锻
ＨＲＣ
１．２所选用的刀具材料
第２７卷第３期
２０１７年６月
北华航天工业学院学报
Ｊｏｕｒｎ￣ｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．２７Ｎｏ．３
１试验条件
１．１试验选用的工件材料
材质刀片型号
黑公司
备注
ＰＣＤ
ＫＤ１４２５ＣＮＧＡ１２０４０８ＦＳＴ２—３０ｋｅｎｎａｍｅｔａｌ
ＫＣ５５１０ＳＮＭＧ１２０４０８ＭＳ一ｎａｍｅｔＰ萎质
由于测量仪器范围较小，而未涂层硬质合金刀具切削力比较大，所以未比较。图４中采用的切削

钛合金高速铣削刀具磨损的试验研究

实验材料
• 实验材料为TC4(Ti6Al4V) 。TC4钛合金的化学成分见表1，其典型性能见表3。
四种试验铣削速度条件下的刀具磨损VB 与铣削路程 lm的关系曲线图。
2.刀具材料对刀具耐用度的影响有人曾采用国内某公司改进生产的Y330 整体硬质合金刀具，刀片材料为WMG40 的镶齿刀具按试验选定的参数进行钛合金的铣削加工的试验。
在金属切削加工中，提高刀具耐用度、降低刀具的磨损、提高加工效率、加工精度和改善表面质量，是高速切削过程迫切需要解决的重大问题。实现高速切削的关键因素之一是选择先进的刀具材料。刀具材料的改进，可提高刀具抗磨损的能力，使刀具能够承受更高的应力和热载荷。由于切削速度的提高或进给、切深加大，刀具材料的特性不同等影响因素，刀具磨损的规律也呈现出与常规切削条件下不同的特性。
单位面积上的切削力大，加工冷硬现象严重，刀具后刀面的摩擦、黏附、黏结磨损严重等，产生的铣削力较大，是一种较难加工材料。钛合金的高速切削是提高钛合金加工效率、降低加工成本最有效的方法之一。刀具的磨损是制约高速切削应用最主要的因素，分析刀具磨损机理并降低刀具磨损程度是发展飞机钛合金零件高速铣削工艺的关键技术。
依据实验所得数据表1，刀具牌号为 WMG40的钛合金刀具耐用度曲线V-T和Vlm如图5和图6所示图中曲线是根据表1的实验数据绘制的，粗线为泰勒公式 V T m C 和 lm V m C 的拟合线
图5-切削速度V与切削时间T的关系
图6-切削速度V与切削路程lm的关系
3.刀具磨损机理探讨在低速切削时，由于铣刀和工件的接触时间相对较长，切屑在应力和温度的作用下易于粘附在前刀面，粘附在前刀面上的切屑会产生周期的脱落和热冲击的双重作用，结果在刀刃上形成微裂纹，随后裂纹继续扩展形成锅底形裂纹。这种粘结撕裂形成的裂纹随切削的进行不断扩张，最终引起刃口附近的刀具材料崩落。

CBN刀具高速车削加工钛合金的磨损特性研究

闽西职业技术学院学报Journal of Minxi Vocational and Technical College第12卷第2期2010年6月Vol.12No.2June 2010doi ：10.3969/j.issn.1673-4823.2010.02.024[收稿日期]2010-03-05[作者简介]冯鸿钦（1963-），男，福建龙岩人，高级讲师，主要从事机械加工技术研究工作。

CBN 是一种仅次于金刚石的高硬度材料，CBN刀具具有耐磨性好，极佳的红硬性和高化学惰性，常用于精车、半精车各类淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料[1]。

钛合金材料由于具有质量轻、比强度高、耐金属疲劳、化学性能稳定等优良特性[2]，在航天、航空、船舶、化工等领域得到越来越广泛的应用。

但钛合金由于所具有的热导性低、活性大，机加工时刃口容易过热产生粘着，刃口磨损快的特点，因此其又是一种典型的难加工材料[3-4]。

在实际生产应用中，钛合金的切削加工速度通常都小于60m/min [5]，同时需要使用大量冷却液以降低切削温度，以延长刀具寿命。

所以，钛合金的高速绿色切削加工成为国内外研究的热点和难点。

由于钛合金本身化学、物理、力学性能的特点，在切削加工过程中，往往会出现切削力大、振动剧烈、切削温度高、刀具磨损快等切削特征，普通的硬质合金刀具和涂层刀具很难满足高速切削加工钛合金的要求，因此钛合金高速切削加工时更青睐于使用超硬刀具。

使用CBN 刀具对钛合金进行高速切削加工实验，从切削压力、切削温度、表面质量及刀具磨损等方面对CBN 刀具高速切削钛合金的性能进行研究，能更好的了解CBN 刀具的切削性能。

本文采用CBN 刀具和硬质合金刀具进行高速干切削加工钛合金(Ti-6Al-4V)的对比试验，通过对两种刀具的磨损形貌进行观察分析，揭示出CBN 刀具高速切削加工钛合金时刀具的磨损机理，为高速切削加工钛合金进行试验探索研究。

1材料与方法使用型号为SNGA120408S02020的CBN 刀具和型号为SNMG120408MS 的硬质合金刀具，配合型号为DSSNR2020K12KC04的刀杆进行干车削加工钛合金棒料试验。

高效切削钛合金的切削原理与刀具改进措施研究

高效切削钛合金的切削原理与刀具改进措施研究钛合金具有良好的机械性能、耐腐蚀性以及较低的密度，因此在航空航天、船舶制造、医疗器械等领域得到了广泛应用。

然而，钛合金具有高硬度、低热导率和黏性较大的特点，使其难以进行高效切削。

为了解决这一问题，研究人员从切削原理和刀具改进两方面展开研究。

在切削原理方面，了解钛合金的物理和化学性质对高效切削至关重要。

钛合金具有低热导率的特点，使切削过程中产生的热量很难迅速散发，导致刀具损坏和切削表面粗糙。

此外，钛合金还具有较高的黏性，容易粘附在刀具上，造成切削力的增加和刀具的磨损。

为了克服这些问题，需要采取以下切削原理改进措施：第一，提高切削液的冷却和润滑能力。

钛合金高温区域的形成是导致刀具磨损加剧和切削质量下降的主要原因之一。

因此，选择具有良好冷却效果和润滑性的切削液，可以有效降低切削温度，并减小刀具磨损。

此外，通过改进切削液的粘度和流动性，可以减小钛合金粘附在刀具表面的可能性，提高切削表面质量。

第二，选择合适的切削参数。

钛合金具有较高的硬度，因此需要选择适当的切削速度、进给量和切削深度以保证切削效果。

过高的切削速度和进给量会导致刀具过早磨损，而过小的切削深度则会增加加工时间。

因此，研究人员需要通过实验和理论分析，确定最佳的切削参数，提高切削效率和加工质量。

第三，改进刀具材料和涂层。

由于钛合金的高硬度和低热导率，传统的硬质合金刀具很难满足切削要求。

研究人员通过采用高速钢、陶瓷和多层涂层刀具等方法，提高切削刀具的硬度和热稳定性。

此外，通过选取特殊涂层材料，如钛硅氮、钛铝氧等，可以提高切削润滑性和抗粘性能，减小刀具磨损。

在应用刀具改进措施时，需要综合考虑切削表面质量、刀具寿命和加工成本等因素。

通过上述改进措施的应用，可以提高切削效率和加工质量，降低切削成本，进一步推动钛合金的应用。

随着科学技术的不断进步，相信在未来钛合金切削领域还会涌现出更多的创新解决方案。

总结起来，高效切削钛合金需要从切削原理和刀具改进两个方面进行研究。

高速铣削在钛合金加工中的应用研究

高速铣削在钛合金加工中的应用研究作者：彭燕来源：《中国科技博览》2018年第02期[摘要]本文针对钛合金材料的导热系数小，弹性模量低，化学活性高，结构件中弱刚性结构难加工这一难题，提出了弱刚性结构加工的工艺方法，刀具的合理选用以及工艺加工参数制定等，为钛合金结构件数控铣削探讨有效的加工方案。

[关键词]钛合金弱刚性刀具工艺参数中图分类号：S885 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0181-010 引言由于钛合金材料具有轻质，高强度、耐高温等优异性能，如：用TC18钛合金代替高强度结构钢用于起落架，可实现飞机结构减重15%左右，因而在国外先进飞机的主承力件大量使用了新型高强度钛合金，如：美国的B-1轰炸机的机体结构材料中，钛合金约占21%；俄罗斯的伊尔-76飞机用钛量达到了机体结构重量的12.5%，从发展趋势看，欧美各国对于钛合金的使用量正在逐渐增加，同时也表明大量使用钛合金，特别是一些新型钛合金已成为航空设计的发展方向。

但是航空航产品大多采用薄壁零件，其结构相对复杂，精度要求高，由于壁薄造成零件刚度较差，在切削力的作用下，易产生加工弯曲变形，壁厚尺寸上下不一致、导致超差。

目前企业中常用的方法是在精加工反复铣削，由于钛合金导热系数小，弹性模量低（约为钢的1/2），化学活性高，较小的余量根本就无法铣削掉，往往产生“少切”现象，为了保证零件尺寸只能靠手工打磨，大大增加了零件的加工周期，且有可能使零件表面产生过烧现象。

1 钛合金结构件切削加工的难点1.1 切削温度高因为钛合金材料的导热系数小（约为钢的1/3～1/6），在加工钛合金时易产生高的切削温度。

在相同条件下，加工钛合金产生的切削热比相同钢要高1倍多，加工产生的热量很难通过工件释放。

钛合金比热系数小，加工时局部温度上升快，因此易造成刀具瞬时温度过高，使得刀尖会急剧磨损，以至于发生过烧现象。

1.2 切削抗力大切削钛合金时的切削力与切削钢时的切削力基本相当，因此在切削过程中消耗的能量相同或者略低于钢。

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律。通过回归正交设计，立了建
ＰＤ刀具高速铣削钛合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型，进行了方差分析，证了模型的可靠Ｃ并验度。分析结果为ＰＤ刀具高速铣削钛合金的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础。Ｃ关键词：高速切削；舍金；晶金刚石刀具；归正交设计；因素试验设计；削力钛聚回单切
ＡｌｏｔｌｙｗｉｈＰＣＤｏＴｏｌ
—
Ｌｉｎ，ＸｕＪｉｈｕＰｅｇｕｕａ，ＦｅｇｎＳｕｌｎｇ，ＦｕＹｕａｎ，ＧｅｇｕｓｎｉｃｎＧｏｈｅｇ（ｌｇｆＭｅｈｎｃｌａｄＥｌｃｒｃｌｇｎｅｉｇ，ＮａｊｇＵｎｖｒｉｙｏｒｎｕｉｓ＆ＣｏｌｅｏｃａｉａｎｅｔｉａｅＥｎｉｅｒｎｎｉｉｅｓｔｆＡｅｏａｔｃｎ
．Hale Waihona Puke ｍｏｌｏｎｔｅａｉｎｓｐｂｅｗｅｎｃｔｎｒｍｅｅｓａｎａｉｕｔｉｏｃｓｉｓａｌｓｅｎｔｅｄｅｈｅｒｌｔｏｈｉｔｅｕｔｉｇｐａａｔｒｎｄｄｙｍｃｃｔｎｇｆｒｅｓｅｔｂｉｈｄｉｈ
ｔｍｔｕｔｉａａｍｅｅｓａｅａａｙｅｅｗｉｈｃｔｎｇｐｒｔｒｒｎｌｚｄ．Ｂｙｕｉｈｅｒｓｉｒｈｏｏｎ１ｄｅｉｎ，ａｍａｈｅｔｃｌｓｎｇｔｅｒｇｅｓｏｎｏｔｇａｓｇｔｍａｉａ

钛合金的超高速切削加工技术研究

钛合金的超高速切削加工技术研苏州苏江
摘要：课题针对钛合金的难加工性．阐述影响材本在料切削加工性因素的基础上，着重就超高速切削钛舍金的可行性、削速度范围，及刀具的匹配等进行了探索研究。切从关键词：合金超高速切削加工切削加工性钛随着先进制造技术愈来愈广泛地应用于制造业，超高速切削技术应用于钛合金的切削加工显现出了明显的优越性。本文主要就超高速切削钛合金过程中对刀具耐用度、加工效率和加工质量等影响极大的刀具材料重点阐述．以寻求刀具与钛合金的最佳匹配。钛合金化学亲和力大，导热性差且强度高，使切削温度大幅提高、具磨损加剧，传统的加工方法难以加工。刀用长期以来．改善钛合金切削加工性的途径一直在探索中，
１超速切削的特点及刀具材料．（）１高速切削技术
高速切削是一个相对概念．如何定义，目前尚无共识。通常把切削速度比常规高出５１倍的切削加工叫做高速切削 — ０或超高速切削。按不同加工工艺规定的高速切削范围，车削
均小。由于切削速度高，刀量很小，吃剪切变形区窄，形系数变 ∈ 小，削力降低３％一９％。同时，减切００由于切削力小，刀也让小，高了加工质量。提刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，工件和刀具热变形小，效地提高了加故有工精度。材料切除率高，件表面质量好。首先，ｐａＳ，件粗工ａ与ｅ］工￣糙度好。其次，削线速度高，床激振频率远高于工艺系统切机的固有频率．而工艺系统振动很小，分容易获得好的表面因十质量，件表面鳞刺的高度会显著降低，至完全消失。超高工甚速切削时其进给速度可随切削速度的提高相应提高５１倍。 — ０这样，位时间内材料的切除率可提高３５。单 — 倍高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走．进行高速干切削，用冷却液，少了对环可不减境的污染，实现绿色加工。能可完成高硬度材料和硬度高达ＨＲ４－６淬硬钢的加Ｃ０２工。如采用带有特殊涂层（ｉ１的硬质合金刀具，高速、ＴＡＮ）在大进给和小切削量的条件下．完成高硬度材料和淬硬钢的加工．仅效率高出电加工（Ｄ的３倍，且表面质量很高不ＥＭ） —６而（ａＩ）基本上不用钳工抛光。Ｒ０，４（）高速切削的刀具材料２超由于超高速切削的速度比常规切削速度高几倍甚至十几倍，削温度很高，切因此超高速切削对刀具材料提出了更高的要求。刀具材料应具备高的耐热性、热冲击性，抗良好的高温

高速铣削钛合金Ti6Al4V的刀具磨损研究的开题报告

高速铣削钛合金Ti6Al4V的刀具磨损研究的开题报告一、选题背景钛合金是一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域得到广泛应用。

但是，由于其高强度、高熔点和难加工等特性，钛合金的加工一直是一个难点。

目前，高速铣削被广泛应用于钛合金的加工中，但是刀具寿命和磨损问题一直困扰着加工过程。

因此，本文选取高速铣削Ti6Al4V钛合金为研究对象，探究刀具磨损的原因和机理，为提高刀具加工寿命、降低生产成本提供理论基础。

二、研究内容1. 钛合金的基本性质和加工研究现状介绍钛合金的基本性质及其在航空航天、医疗器械等领域的应用，并综述相关文献分析目前主要的加工方法及其优缺点。

2. 高速铣削工艺和刀具材料选择详细介绍高速铣削工艺的优势和特点，并结合实际情况选择适合的刀具材料。

3. 刀具磨损机理和原因分析通过实验研究和数据分析，探究高速铣削Ti6Al4V钛合金的刀具磨损机理和原因，为延长刀具寿命、提高加工效率提供参考及建议。

4. 刀具寿命预测和优化加工参数根据前期实验结果及刀具磨损情况推导刀具寿命预测模型，并通过优化加工参数的方式提高加工效率。

三、研究意义对高速铣削Ti6Al4V钛合金的加工进行深入研究，不仅可以提高钛合金的加工效率和质量，还可以为航空、汽车、医疗等关键领域提供重要的支持。

同时，通过深入分析刀具磨损机理和优化加工参数，可以降低生产成本、提高企业的竞争力和效益。

四、研究方法采用试验分析方法，进行高速铣削钛合金Ti6Al4V的加工过程研究，通过刀具磨损情况进行数据分析，探究刀具磨损原因和机理，建立刀具寿命预测模型，最终优化加工参数。

五、预期成果1. 更深入地了解高速铣削Ti6Al4V钛合金的加工特点和机理。

2. 研究刀具磨损机理和原因，为提高刀具寿命提供理论依据。

3. 推导刀具寿命预测模型，并通过优化加工参数提高加工效率和质量。

4. 提供有价值的实验数据和建议，为企业提高生产效率、降低成本、提高竞争力等方面提供有力支持。

金刚石刀具精密切削钛合金薄壁件试验研究

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ｌｓａｔｏｄｉｓｍｃｉｎｒｅｒｗｌｅｐｉｉｄｎｒｒｐｖｅｗｅｙｎｈｐｒｎ；ｔｎｃｎｉｎａｈｉｐａｔｓｉｂｏｔｚｄｉｒｅｆｉｃ．ｉｅｅｍｔｒｔ，ｉｏｎｇａｍｅｌｍｅｉｏｅｔｍｏｏｎＩｔｘｉｓｅ

TC11钛合金高速铣削的表面粗糙度与表面形貌研究

钛合金作为典型的高强度合金材料，以其优异的综合力学性能、低密度以及良好的耐蚀性，在航空航天及军事上得到了广泛的应用。但是钛合金的切
收稿日期：2010-08-30 基金项目：国家自然科学基金（ 50975237，51005184 ），国家科技重大
专项（ 2009ZX04014-053）和西北工业大学科技创新基金项目（ 2008KJ02018）资助作者简介：姚倡锋（ 1975 －），副教授，博士，研究方向为难加工材料切削工艺技术和多轴数控加工技术，chfyao@ nwpu． edu． cn
以航空发动机整体叶盘、叶片类零件用钛合金 TC11 为研究对象，开展高速铣削工艺，如冷却方式、刀具参数和切削参数等，对加工表面粗糙度和表面形貌的影响研究。
1 表面完整性、表面粗糙度及表面形貌为描述和评价机械加工表面，美国金属切削研
究协会 1964 年首次提出了表面完整性概念。表面完整性是指控制加工工艺形成的无损伤或强化的表面状态。其涵盖两个重要的内容：
2011 年 9 月第 30 卷第 9 期
机械科学与技术 Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering
September 2011 Vol． 30 No． 9
TC11 钛合金高速铣削的表面粗糙度与表面形貌研究
姚倡锋
姚倡锋，张定华，黄新春，杨振朝，任军学
（ Key Lab of Contemporary Design and Integrated Manufacturing Technology，Ministry of Education， Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072）

高速切削用陶瓷刀具多尺度设计理论与切削可靠性研究

一、镍基高温合金高速切削刀具磨损概述
刀具磨损是切削过程中不可避免的现象，它直接影响着加工的精度、表面质量和生产效率。在高速切削过程中，刀具承受的切削力、热载荷以及振动等都远高于常规切削，这使得刀具磨损更为严重。
对于镍基高温合金的切削，由于其具有高硬度、高强度、高耐磨性等特点，使得切削过程中的切削力和切削热显著增加，从而导致刀具磨损加剧。此外，镍基高温合金中的合金元素如钨、钼等也会对刀具的磨损产生影响。
涂层刀具切削温度受到多种因素的影响，包括切削速度、进给速度、切削深度、刀具材料和工件材料等。一般来说，随着切削速度和进给速度的增加，切削温度会升高。此外，切削深度也会影响切削温度，因为随着切削深度的增加，切削力也会增加，导致热量产生增加。
刀具材料和工件材料对切削温度也有影响，因为它们的热传导性能和力学性能会影响热量的产生和传递。
涂层刀具的特性：
涂层刀具是指在刀具表面覆盖一层或多层具有优异性能的材料，如硬质合金、陶瓷、碳化钨等。这些涂层材料具有高硬度、高耐磨性、高耐热性等优点，可以显著提高刀具的切削性能和寿命。然而，涂层刀具的热传导性能较差，这可能导致热量积累和温度升高。因此，研究涂层刀具的热传导性能和温度变化具有重要意义。
高速切削用陶瓷刀具多尺度设计理论与切削可靠性研究
01 引言
03 参考内容
目录
02 多尺度设计理论
引言
随着科学技术的不断发展，高速切削技术在机械制造领域的应用越来越广泛。而陶瓷刀具作为一种新型的高性能刀具材料，具有高硬度、高耐磨性、高耐高温等特点，在高速切削中具有优异的切削性能。然而，高速切削过程中陶瓷刀具的切削性能受到多种因素的影响，如刀具几何尺度、物理特性、切削参数等。因此，针对高速切削用陶瓷刀具的多尺度设计理论与切削可靠性研究具有重要的现实意义。

钛合金高速切削过程中的切削力和表面粗糙度建模及参数优化的开题报告

钛合金高速切削过程中的切削力和表面粗糙度建模及参数优化的开题报告一、问题的背景钛合金作为高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等优良性能的金属材料，在航空航天、船舶、医疗设备等领域应用广泛。

但由于其硬度大、塑性低、导热系数小等特点，使得钛合金加工难度较大，尤其是高速切削过程中，切削力和表面粗糙度的控制更为关键，直接影响着钛合金零件的加工质量和成本。

二、研究目的本研究旨在建立钛合金高速切削过程中切削力和表面粗糙度的数学模型，研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律，优化切削参数，提高加工效率和质量。

三、研究方法1. 实验法：通过高速铣削实验，测量切削力和表面粗糙度，建立切削力和表面粗糙度的数学模型。

2. 数值模拟法：利用有限元软件建立钛合金高速切削的数值模型，模拟分析切削过程中的切削力和表面粗糙度。

3. 建模和优化算法：通过数据处理和统计学方法，建立切削力和表面粗糙度的多元回归模型，并运用优化算法对切削参数进行优化。

四、研究内容和方案1.实验内容（1）制备钛合金试样，并对试样进行预处理。

（2）利用高速铣床进行铣削试验，采集切削力、转速、进给速度、切削深度、切削宽度等数据，并记录加工过程中的表面粗糙度。

（3）对试验数据进行处理，建立切削力和表面粗糙度的数学模型。

2. 理论内容（1）建立切削力和表面粗糙度的多元回归模型，研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响。

（2）运用优化算法对切削参数进行优化，寻找最佳的加工参数组合。

3. 方案（1）实验方案：选取适宜的钛合金试样，设计不同的切削参数组合，进行高速铣削试验，测量切削力和表面粗糙度数据。

（2）理论方案：采用多元回归分析方法，建立切削力和表面粗糙度的数学模型，运用优化算法对切削参数进行优化。

五、预期结果通过实验和理论分析，建立钛合金高速切削过程中的切削力和表面粗糙度的数学模型，研究切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律，优化切削参数，提高加工效率和质量。

预期能够为钛合金零件高速加工提供有效的理论指导和技术支持。

纳米金属陶瓷刀具高速干切削性能的研究

ｓｏｄｔａｈｓｃｒｔｓａｐｉａｌｏｈｇｅｅｏｉｕｎｎ，ｔｅｍａｎｆｉｒｄｆｈｓｃｔｅｓｗｅｒｈｗｅｈｔｉｅｍｅｐｌｂｅｔｉｈｒｖｌｃｔｔｒｉｇｈｉａｌｅｍｏｅｏｉｕｔｒｗａａ．ｔｗａｃｙｕｔ
文章编号：０２２３（０６１ — １２０１０ — ３３２０）００２ — ２
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ＴｈｓａｃｎｔｅＨｉｈｅｏｉｙＤｒ－ｕｔｉｏｒｉｓｏｅａｎ－ｅｍｅｔｉｇＴｏｌｅＲｅｅｒｈｏｈｇ－ｖｌｃｔｙｃｔｎｇＰｒｐｅｔｅｆＭｔｌＮａｏｃｒｔＣｕｔｎｏＺＨＯＵｎＦＵｉｎｈｕ，ＬＩＬｅ，ＹＡＮＧＨａ－ｎ，ＺＨＡＮＧｏｇｇｏＸＩｅｇＹａ，Ｊａ — ｉＵｉｉｄｏｇＣｈｎ－ａ，ＥＦｎ（ｃｏｌｆＭｅｈｎｃｌｎｕｏｂｌｎｉｅｒｇＨｅｅＵｉｅｓｔｏｅｈｏｏｙｅｅ２００，ＣｉａＳｈｏｃａｉａｄＡｔｍｏｉＥｇｎｅｉ，ｆｉｎｖｒｉｆｃｎｌｇ，Ｈｆｉ３０９ｈｎ）ｏａｅｎｙＴ
米金属陶瓷刀具在切削正火态４５钢时的切削性能及磨损机理。结果表明，金属陶瓷刀具适用于较高速度下的切削，刀具失效形式主要为磨损。关键词：纳米Ｔ（Ｎ）ｉＣ，金属陶瓷：干切削；能性
中图分类号：Ｇ１Ｔ７１

钛合金高速铣削刀具刃口设计与优化研究

钛合金高速铣削刀具刃口设计与优化研究钛合金作为一种重要的结构材料，具有良好的机械性能和耐高温性，因此在航空航天工业、汽车制造、医疗器械等领域得到广泛应用。

然而，钛合金的高硬度、高强度和低导热性导致其难以加工，特别是在高速铣削过程中容易导致刃口磨损和断裂。

因此，对钛合金高速铣削刀具刃口的设计和优化研究具有重大意义。

一、刃口设计的要求在钛合金高速铣削过程中，刃口设计的要求主要包括以下几个方面：1. 刃口材料选择：钛合金高速铣削刃口的选材应考虑刃口的硬度、韧性和耐磨性。

通常采用高硬度的WC-Co、WC-TiC-TaC刃材。

2. 刃口几何参数的优化：刃口几何参数包括前角、刃前角、切割沟槽角、后角等。

这些参数的选择与钛合金的特性、加工条件、加工方式等密切相关。

通过调整这些参数，可以改善刀具的切削性能和寿命。

3. 刃口涂层的选择：通过选择适当的涂层材料和涂层结构，可以提升刃口的耐磨性和耐热性，延长刃口的使用寿命。

通常采用TiN、Al2O3等涂层材料。

4. 刃口结构的优化：刃口的结构参数如刃口宽度、切削刃数、螺旋角等，对刀具的切削性能和寿命有重要影响。

通过优化这些参数，可以提高刃口的切削效率。

二、刃口设计与优化方法为了设计和优化钛合金高速铣削刀具刃口，可以采用以下方法：1. 数值模拟与仿真：利用有限元软件对切削过程进行仿真分析，可以得到刃口与工件之间的相互作用力、切屑形成与排除等信息。

通过模拟和分析不同刃口参数对切削性能的影响，可以得到最优的刃口设计方案。

2. 实验测试与参数优化：通过实验测试，可以得到不同刃口设计参数下的切削力、表面粗糙度、切削温度等数据。

通过改变不同参数的组合，可以找到最佳的刃口设计方案。

3. 数学建模与优化算法：通过建立刃口设计的数学模型，并应用数学优化算法，可以得到最优的刃口设计参数。

常用的优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法等。

三、刃口设计与优化案例以下是一个钛合金高速铣削刀具刃口设计与优化的实例：在实验测试中，选择了常用的WC-Co刃材，通过仿真分析和实验测试得到了不同刃口几何参数下的切削力和加工表面粗糙度数据。

钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究的开题报告

钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究的开题报告一、选题背景钛合金具有高比强度、较高的抗腐蚀性和生物相容性等优点，因此广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。

然而，由于其高硬度、高热弹性模量、低导热性等特性，钛合金加工难度较大，对切削刀具的要求也较高。

因此，对钛合金Ti6Al4V高效切削刀具的磨损特性及其影响因素进行深入研究，有助于提高刀具的使用性能和延长刀具寿命，为钛合金加工提供技术支持和保障。

二、研究内容1.研究钛合金Ti6Al4V高效切削刀具的摩擦磨损特性，包括切削力、切削温度、加工表面质量等指标的变化规律和相互关系。

2.探究刀具磨损的主要因素，包括钨钛合金刀片的含量、切削速度、切削深度、切削润滑剂等因素对刀具磨损的影响。

3.研究钛合金Ti6Al4V高效切削刀具的寿命，通过实验和计算，确定刀具的寿命与切削参数、刀具材料等因素之间的关系。

三、研究意义1.钛合金Ti6Al4V材料是一种广泛应用的高性能材料，研究其切削刀具的摩擦磨损特性及寿命，可以提高加工效率和产品质量，为工业生产提供技术支持。

2.通过研究刀具磨损的主要因素，可以制定科学合理的生产工艺和刀具选择方案，降低生产成本。

3.针对钛合金加工难度大的问题，提高刀具的使用性能和延长刀具寿命，对于推动刀具行业技术创新和发展具有重要意义。

四、研究方法1.设计采用不同切削参数的钛合金Ti6Al4V高效切削试验，测量并分析切削力、切削温度、加工表面质量等指标。

2.采用扫描电镜、显微硬度计等分析测试方法，观察刀具的磨损状态和刀口的微细结构和硬度变化。

3.根据实验和测试数据，运用数学统计和机器学习等方法，建立钛合金Ti6Al4V高效切削刀具磨损模型，预测和优化刀具寿命。

五、研究预期成果1.系统分析钛合金Ti6Al4V高效切削刀具的摩擦磨损特性及其影响因素，提出优化刀具寿命的技术方案。

2.建立刀具磨损模型，预测和优化刀具的寿命，提高钛合金加工的效率和产品质量。