涂层硬质合金刀具车削交趾黄檀的磨损特性

针对涂层木工刀具的磨损特性,通过涂层硬质合金刀具车削交趾黄檀试验,借助扫描电子显微镜及能谱仪对刀具的磨损表面进行观察分析,以研究在车削加工交趾黄檀工件时不同加工参数对涂层硬质合金刀具的磨损影响。根据试验结果可得:随着每层切削速度的增大,刀具的后刀面磨损量亦随之增加;然而随着切削路程的增大,不同的外层切削进给速度和成型切削进给速度对刀具后刀面磨损量的影响逐渐减小。在相同的加工参数条件下,随着切削路程的增加,刀具的涂层剥落先后顺序为Ti N-Al2O3-Ti C,直至涂层完全剥落,露出基体,最终涂层失效。在刀具涂层失效过程中,涂层常伴有片状脱落现象。在涂层完全失效后,刀具基体与工件主要产生氧化磨损和粘结磨损。因此,在车削加工木制工艺品时,选择合理角度结构的刀具,设定合理的加工参数,不仅可以提高加工效率,还可以提高刀具使用寿命。     

软硬涂层刀具材料与木质复合材料的摩擦特性

【目的】分析软硬涂层刀具材料与木质复合材料的摩擦特性,为涂层硬质合金木工刀具的磨损及切削性能研究提供实践指导。【方法】测试Ti N硬涂层硬质合金、MoS_2软涂层硬质合金和未涂层硬质合金与木质复合材料的摩擦系数及磨损前后的粗糙度变化,研究涂层刀具材料与木质复合材料的摩擦特性。【结果】MoS_2软涂层硬质合金与中密度纤维板(MDF)、刨花板(PB)和木粉/PE复合材料(WFPEC)的摩擦系数明显低于未涂层硬质合金和Ti N硬涂层硬质合金,且Ti N硬涂层硬质合金低于未涂层硬质合金;PB与未涂层硬质合金、Ti N硬涂层硬质合金和MoS2软涂层硬质合金的摩擦系数明显低于MDF和WFPEC,且WFPEC低于MDF;未涂层硬质合金、Ti N硬涂层硬质合金和MoS_2软涂层硬质合金与MDF和PB的摩擦试验中,随着载荷增加,摩擦系数逐渐增大,而与WFPEC的摩擦试验中,随着载荷增加,摩擦系数没有明显变化趋势;与MDF磨损试验前后,未涂层硬质合金磨损表面粗糙度变化率最大,MoS_2软涂层硬质合金表面粗糙度变化率其次,Ti N硬涂层硬质合金表面粗糙度变化率最小。【结论】Ti N硬涂层材料和MoS_2软涂层材料可有效降低与木质复合材料的摩擦系数,且MoS_2软涂层硬质合金摩擦系数低于Ti N硬涂层硬质合金,而Ti N硬涂层硬质合金耐磨性能优于MoS_2软涂层硬质合金。     

机夹式可转位圆柱形铣刀的设计

圆柱形铣刀是木材切削加工中应用最广、种类最多的木工刀具,它广泛应用于铣削式加工的木工机床上,如四面刨床,立、卧轴铣床等。圆柱形铣刀根据刃口材料可分为高速工具钢和硬质合金两类;根据结构形式又可分为整体结构(整体高速钢结构)、焊接结构(硬质合金与普通合金钢焊接结构)、机夹组     

陶瓷刀具车削木质复合材料的切削性能

采用Ti C增韧氧化铝陶瓷木工刀具分别对纤维板和胶合板进行端面车削,利用Kistler测力仪测量其动态切削力,通过扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对刀具前后刀面进行微观结构观察和磨损机理分析,以揭示陶瓷木工刀具的切削性能。试验结果表明:陶瓷木工刀具端面车削木质复合材料时,平行进给方向的切削分力FY和垂直进给方向的切削分力FZ随着主轴转速的增大而减小,随着进给量的增大而增加;车削胶合板产生的切削合力FR高于车削纤维板产生的切削合力FR;在相同切削条件下,陶瓷刀具车削胶合板产生的磨损明显比车削纤维板产生的磨损严重;陶瓷刀片的主要磨损形式是崩刃和后刀面磨损,磨损机理主要是磨粒磨损和粘结磨损。     

切削速度和切削厚度对纤维板切削力和表面粗糙度的影响

研究了纤维板铣削过程中切削速度和平均切削厚度对切削力和表面粗糙度的影响。结果表明:平行进给方向的切削分力Fx和垂直进给方向的切削分力Fy都会随着切削刃在工件中位置的变化而变化;切削分力Fx的最大值、切削分力Fy正值的最大值与负值的最小值的绝对值,以及表面粗糙度均随着平均切削厚度的增加而增大;高速铣削时的切削分力Fx的最大值、切削分力Fy正值的最大值和负值的最小值的绝对值,以及表面粗糙度均小于低速铣削时;当加工表面粗糙度要求相同时,高速铣削时的平均切削厚度可大于低速铣削时。因此,高速铣削不仅可以提高加工效率,还可以改善表面的加工质量。     

陶瓷刀具铣削高密度纤维板的磨损分析研究

本试验采用TiC增韧Al_2O_3陶瓷木工刀具对高密度纤维板HDF进行逆铣加工,通过Kistler测力仪进行动态切削力测量,通过扫描电镜(SEM)观察陶瓷刀具的前、后刀面的微观结构,利用能谱仪(EDS)对刀具前、后刀面的磨损微区进行了成分及其含量的分析,揭示了陶瓷木工刀具的铣削磨损机理。研究结果表明:陶瓷木工刀具的切削力随着切削速度的增大而减小、随着加工长度的增大而增大;陶瓷木工刀具切削高密度纤维板主要的磨损形式是:崩刃、后刀面磨损,磨损机理主要表现为磨粒磨损和粘结磨损。     

整体式木工硬质合金立铣刀铣削温度仿真分析

以整体式木工硬质合金立铣刀铣削刨花板时铣刀温度分布为研究对象,探究铣削深度、前角、及螺旋角对铣刀温度的影响规律,并通过优化参数提升铣削过程的效率和稳定性。采用动力学仿真分析模拟实际切削工况,对立铣刀铣削温度进行理论分析,得出铣削深度、前角、螺旋角三个主要研究变量。通过Abaqus软件分析以及试验探究,分析以上三个研究变量对立铣刀铣削刨花板过程中刀刃温度变化的影响,验证了立铣刀铣削温度模型的可行性。铣削过程中,铣刀的温度经历快速上涨、缓慢上升、趋于稳定三个阶段。其他条件一定,当切削深度为4.0 mm,前角为17°,螺旋角为22°时,刀刃的平均温度较低。研究结果对立铣刀铣削加工温度的深入研究具有重要的理论和实践意义。     

高速加工中影响平面铣削精度因素浅析

阐述了高速加工中影响平面铣削精度的几方面要素,介绍了在粗铣、半精铣及精铣条件下如何选择铣刀,分析了冷却方式及涂层材料对刀具的影响,对铣削效率加以综合评价并提供了相关计算公式。     

基于AI的刀具磨损对刨花质量和刨花板性能影响的评估

为推动人造板智能制造的发展,本文建立了一种基于AI计算机视觉技术的刨花尺寸与形状的检测方法,能自动识别刨花尺寸大小并区分出杆状、类矩形、类三角形和其他型4种刨花形状。在此基础上,对在不同切削时间的刨花形态变化、刨片机刀具磨损程度和工作电流进行了监测和诊断。同时,用这些刨花分组制备了相应的刨花板,并对其物理力学性能进行测试,建立了刨片机刀具磨损程度、电流消耗量、刨花形态与刨花板性能的数学关系模型,并找到刨片机优化换刀时间。结果表明：基于AI的刨花形态检测不但能够监测刀具磨损过程中刨花形态的变化,还可以有效预测刨花板的产品性能。在给定的生产条件下,刨片机开机运行2～4 h内切削出的刨花所制造的刨花板综合性能最好。     

金刚石涂层木工刀片磨损的研究

本文主要研究刀具材料，试验环境对金刚石涂层刀片耐磨性的影响，探讨刀片的耐磨性和耐腐蚀性，试验发现金刚石涂层提高了刀片耐磨性２０％－４５％，金刚石漠膜均有不同程序的肃落，限制了涂层刀片的耐磨性，试验表明屑末溶液和醋酸，盐酸混合溶液不腐蚀金铡石薄膜，但腐蚀基体材料，金刚石薄膜磨耗机理是“磨损变形－裂纹－磨屑形成”，高速钢刀片以磨料磨损为主，腐蚀损为辅，粘结剂（钴元素）丧失是硬质合金刀片磨损的根本原因，一旦残余粘结力不足以抵抗磨控所产生的剪切力，碳化钨颗粒就会因疲劳而脱落。     

木质复合材料加工刀具磨损研究进展

由于优质天然木材资源的日益缺乏,人造木质板材已被消费者广泛接受和使用。其中,木质复合材料具有天然植物纤维和高分子聚合物这两种不同材料所包含的双重性能,是目前最受青睐的高性能材料之一。木质复合材料通常采用熔融挤出或热压复合而直接成型为型材、板材或其他制品,但对于具有特殊型面、尺寸和装配要求的产品往往需要进行二次加工(如车削、铣削、钻削等)。然而,受木质复合材料各向异性和非均匀性等特性的影响,在加工过程中其切削性能不像金属类各向同性的材料表现出很强的规律性,刀具易产生黏着、剥落、氧化等问题,造成刀具严重磨损,大大降低了刀具寿命和工件加工质量。因此,国内外许多研究人员对木质复合材料加工刀具的磨损进行了研究,以寻求最佳的加工参数和刀具材料提高工件的加工工艺性和经济性。笔者对近几十年来木质复合材料加工过程中刀具磨损的问题进行了深入分析,就刀具的摩擦特性、磨损因素(切削参数、工件材料、刀具材料和几何参数、加工环境)、磨损在线监测等方面对刀具的磨损规律进行了总结,并探讨了未来的研究方向。     

表面微织构硬质合金对桦木摩擦特性的影响

微织构是一种改进材料摩擦性能的有效措施。选取桦木为研究对象,在不同载荷和木材含水率条件下,研究了有无织构的硬质合金试样对桦木表面摩擦系数的影响。结果表明,在深度20μm、直径50μm和中心孔间距为150μm的硬质合金表面微织构情况下,其表面的浸润性优于平面,亲水性较强,其表面与桦木间的摩擦系数低于平面与桦木产生的摩擦系数。在木材含水率为40%、载荷为10 N的情况下,平面和微织构的平均摩擦系数分别为0.121和0.043,随着作用载荷的提高,摩擦系数也逐渐提高。合理的微织构形式可以有效降低木材与硬质合金间的摩擦系数。将织构技术应用到木材切削中,可以为木工刀具减磨技术研究提供一条新途径。     

木材加工切削层应力的估算

在木材切削加工时,从木材变形力和由此而产生的应力的观点,可以将加工表面的形成视为切削过程中木材连续变形的结果。本文阐述了木材变形力和应力的确定结果与在不同切削方式及不同切削规范时请因素的计算。在钝刀作用于木材上的条件下(见图),可见在做直线切削加工时,分开面切削轨迹直线fnd与其理论切削平面轨迹相吻合。由于刀具切削部分几何参数,木材构造     

木材高速螺旋式玉米铣刀的设计与优化

使用砂光机磨削木材存在功耗大、噪声大和粉尘多等问题,因此设计了一种木材高速螺旋式玉米铣刀,其采用“以切代磨”的方式使这一问题得到解决。该玉米铣刀形似“玉米”,刀尖处直径Ф160～240mm,可实现高线速度切削,刀身均布有2～6排螺旋式阶梯槽,各螺旋槽上均布有6～10个刀片槽,可实现刀片逐刃切削;刀具采用组合结构,刀片前角20°～26°、后角9°～13°,刀具下装有可调高的碟形弹簧,以实现刀片磨损后的补偿,提高刀具材料利用率。通过分析计算发现,初步设计的玉米铣刀质量达105kg,刀身和刀片安全系数在83～402之间,材料浪费严重,因此在优化设计时刀身内部采用了中空结构以减轻质量,装有配重拉杆以调整平衡,增加刀片数量,优化后玉米铣刀质量降至43.5kg,安全系数降到33～70之间,完全满足强度要求。     

微坑型微织构硬质合金表面对木材摩擦特性的影响

【目的】探讨木材含水率、木材切面和纤维方向以及运动速度等因素对木材表面摩擦系数的影响规律,为设计更加合理的木材切削刀具表面织构形式提供参考和指导。【方法】以水曲柳和樟子松为研究对象,在具有不同微坑直径硬质合金表面条件下,研究木材含水率、木材切面和纤维方向以及运动速度等因素对木材表面摩擦系数的影响。【结果】与无微坑表面相比,当微坑直径为60μm、含水率为67%±3%时,在水曲柳表面产生的摩擦系数由0. 151降低到0. 091,降幅为39. 7%,在樟子松表面产生的摩擦系数由0. 241降低到0. 164,降幅为32. 0%。木材径切面上纤维方向差异对表面摩擦系数的影响不大,但在横切面上,微坑直径越小,其表现出的摩擦系数越高。摩擦过程中运动速度对表面摩擦系数的影响与木材中的水分有较大关系,当含水率处于生材状态时,表面摩擦系数随运动速度增大而降低,且微坑型结构表面产生的摩擦系数降幅明显高于无微坑表面,无微坑表面产生的摩擦系数由0. 160降低到0. 134,降幅为16. 3%,微坑直径为60μm时的摩擦系数由0. 124降低到0. 071,降幅为42. 7%。【结论】木材含水率状态对微坑型表面微织构与木材之间的摩擦系数影响较大,木材中自由水的存在有利于降低硬质合金与木材表面之间的摩擦系数。微织构直径越小,其接触角平均变化率越大,表面铺展速度越大,越有利于改善木材/硬质合金摩擦副的状态,使表面间的摩擦系数减小。