【JX330】M7130平面磨床主轴系统改造设计[FY+RW]
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湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 1 提高刀具表面的抗粘性能力通过 纳米 /微质感 技术 械 工 程 学院 ， 工程 系 ,丘 吹田 ， 大阪 565日 本大 阪 大 学 研究 生院 提交，日本大阪。 铝合金复合材料的需求迅速增加，特别是在交通运输业，这种需求是由于作为一种高强度质量比和高耐腐蚀性等关键优势。 然而，铝屑容易 依附在 切割工具 的边缘 ，常常导致工具破损。为了解决这个问题，我们已经利用飞秒激光技术开发出纳米 /微质感表面刀具 。 实验表明，利用这种技术在 端面铣削时 ，工具表面的光滑性和抗粘接性能有着显著提高。 1 介绍 铝合金有 着多种优势，包括高质量比和高耐腐蚀性。因此，铝合金的需求迅速增加，尤其是在运输业。铝合金与钢相比，由于其硬度低，易于切割，但这种优势在某些应用中有时会因为其熔点低，延展性高，导致铝芯片工具的切削刃降低，从而导致机床故障。工具的 许多不同的 切屑参数 已得到改善，如几何形状，表面涂层 2 ，及 精加工 。 例如 ，类金刚石碳（金刚石）涂层刀具具有极低的摩擦 而 被应用在干燥或 接近 干切削铝合金 3，但在实际使用中 ， 铝芯片类金刚石涂层工具 无法避免的在 切削液 中工作。 此外，刀具破损经常发生在切削过程 ， 深孔钻削 ，铣削，攻牙 ，它的 切削点是很难直接提供切削液。 为解决 上述问题 ，我们采用了表面工程的方法，即，一个功能化工具表面的纹理 。我们开发了一种微结构的刀具，以确定刀具前刀面保持在切削液中 7，显着改善刀具前刀面的摩擦， 切削力和 摩擦系数 ， 刀 附 性 尚未调查 。 在这项研究中，我们评估了微粗糙表面抗粘性的影响和开发技术，以提高使用更精致的表面纹理。 基于我们 的研究结果 ， 我们开发了一个与 纳米 /微质感 表面的切削工具，以改善所需的抗粘结效果。 我们 也评估了 相应的切削性能。 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 2 2 刀具表面微结构 削刀具与微表面纹理 图 1。以前开 发的微粗糙表面的切削工具（大写：示意图 ;： 像） 7。 图 1 显示 一个原理图说明和扫描电子显微镜（扫描）（日立高新科技公司， 像的切割工具与微质感分段金刚石涂层 7。 我们 在 准备 的 工具基础上 8。首先 ，通过 等离子体增强化学气相沉积（ 法在 硬质合金刀具 的前刀面 均匀涂布类金刚石膜 ， （住友电工超硬合金株式会社， 接下来，用钨铁丝网涂层刀具的表面，作为一个面具，以创建一个网格。 在利用 金刚石涂层的化学气相沉积法 再涂上第二层 ， 使得 类金刚石薄膜的部分 尺寸 为 150毫米 x 150 毫米 x 米，间距为 80 毫米的 深 栅 槽 ， 削实验程序 铝合金 用立式加工中心进行切割实验（山崎马扎克公司， 验装置如图所示图 2 。 图 3 显示了单个插入刀具的几何形状。 刀具的中心 对 应 工件的中心线。表 1 列出了切削条件。 乳化型切削液（ 限公司， 心 供 分钟的流量。测功机（奇石有限公司， 9257B） 设置测量工件切削力 的 三个 组成部分 。 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 3 图 2。面铣测试的实验装置。 图 具 的几何形状。 切割 900 米后，观察评估刀具前刀 面工具表面的附着力。 电镜扫描图像 （图 4）证实，芯片粘附发生前刀面上，更具体地说，该凹槽被掩埋在附近的 尖端上 。 刀 理论计算约为 180 毫米，这表明该段 有 足够大的（ 150 毫米 150 毫米）工具 。 凹槽是如此之广，芯片材料很容易进入沟槽和堵塞。 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 4 图 4。切割工具切割 900 米后微质感表面。 3。 纳米 /微质感 表面切割工具 考虑到上述结果，我们举例设计了新的纹理刀具表面： 1）提高并保留足够的工具和芯片之间的流体和一个稳定的流体膜润滑 ; 2）通过降低刀具表面和芯片之间的接触面积，而减少摩擦。然 后通过 纳米 /微 沟槽 技术，而制造出的刀具表面，以达到这些目的。 通过 激光诱导周期性 表面结构技术来生 产 纳米 /微沟槽 9 , 10前刀面上的切削工具。 在线偏振飞秒激光脉冲的照射下，而引起的入射激光脉冲和表面散射光，在等离子体波之间的干扰下而使得表面存在缺陷。 精确的 固定槽自组织通过调整略高于消融阈值低剂量激光能量，与间隔规则的结构是相同 的 或小于激光 的 波长。 应用这一 技术， 在 切削工具 的 前刀面上使用 钛蓝宝石 激光系统定期产生 100米和 700 纳米 /微沟槽 （佳能机械 ;峰值 波长为 800 纳米，脉冲宽度 150 ，循环频率 1 冲能量 300 兆焦耳） 如图 5 所示 ，纳米 /微沟槽形成正弦 这被认为是最大限度地减少刀具表面和芯片之间的接触。 激光辐照前 ， 以 抛光金刚石切割工具 的 前刀面的表面粗糙度为 40（峰谷） 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 5 图 5。新开发的工具纳米 /微质感表面 使用表 1 中列出的切削条件下进行了初步的切割与抛光，和表面的切削刀具和刀具与凹槽平行尖端实验。 刀具的前刀面坚持以芯片质感打磨工具（图 6）类似的方式，显示反胶的效果没有得到充分的晋升时只修改表面纹理。 然后 ，在切削刀具 的 表面 利用 电弧离子镀 类金刚石薄膜涂层 以 提高抗胶粘性 。 涂层降低了 10 毫米或更小的沟槽深度。 图 6。扫描电镜图像 为 切割 900 米前刀面涂层刀具。 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 6 表 1 切削条件。 工件 75 毫米的 210 毫米古河天空铝业公司 工具 硬质合金 住友电工硬质合金有限公司， 几何刀具 轴向前角 ，普遍径向前角，倾角，顶角，克刀具直径 20 一 3。 45 80削速度切削深度进给率切削长度 380m/ mm/180m x 5, 10 削液 乳液型近地物体的有限公司 ， 00， 供给率 。刀具性能 估防粘连。 三种类型的刀具进行了评价： （ 1）的类金刚石涂层刀具沟槽平行于切削刃（平行槽工具）； （ 2）的类金刚石涂层刀具沟槽垂直于切削刃（ 正交槽工具 ）； （ 3）传统的金刚石涂层工具与抛光表面（抛光工具） ， 如图 7 所示 ，切割 1800 米 后 使用扫描电子显微镜和能量色散 X 射线光谱（能谱）分析前刀面切割工具 和对 性能进行了评价。图 8 显示图形为 前刀面上铝原子浓度， 定量衡量一个 像。 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 7 图 7。切削刀具切割后 前刀面 （左：扫描电镜图像；右： 像） 图 8 切削刀具 前刀面上 的铝原子 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 8 从图 6 和 7，我们发现，类金刚石涂层 铝 附着力降低。 图 7 和 8 证 明 ，刀具表面纳米 /微有很好的防粘性能，特别是纳米 /微沟槽平行 的 主切削刃。更具体地说， 抛光工具粘连面积减少三分之一。 增加纳米 /微槽方向上性粘连可描述如下 ， 在 正交槽工具 下 ，芯片刀具前刀面总是与面接触， 从而 增加芯片的粘附，导致 切割工具芯片的接口上的油膜破裂 。 在平行槽工具的情况下， 芯片接触到 刀具前刀面 ， 避免了芯片的附着力和工具芯片的接 口切割液的断续。 利用光学显微镜（ 公司， 切割距离 180 米后进行工具表面的观察，评估切割进步的附着力的变化， 图 9 为计算的显微图像分析。显示了中铝粘连面积的变化。 在新开发的工具 中， 粘附地区 略有增加。特别是，平行槽工具长约八分之一的地区相比。 图 9。变化的粘附区与切割刀面距离 切割后 1800 米 后， 在正交方向切割边缘测量刀具前刀面 的 截面轮廓 ， 如图 10 所示 ，前刀面上的抛光工具集结 在 边缘 米 处 产生，而这是开发工具可以忽略不计的。 图 10。切削刀具后刀面 的 截面轮廓 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 9 最后 ，高倍率 察，以确定详细的刀具表面的附着力（图 11）， 从这个数据 ，我们证实了切割 1800 米 后 纳米 /微沟槽不被粘附。 图 11。切割 1800 米后平行 于 开发工具 的 前刀面与纳米 /微沟槽 的 边缘 价刀具表面的润滑性 进行了切削剪切角和切削力的评估，以确定对切削性能的影响。 众所周知， 剪切角随刀具前刀面上的摩擦 而 减少 ， 立体切割后逼近二维切割，下面是剪切角 F 的有效二维切割计算公式， ， 其中 切割比例， H 是 变形的 芯片厚度， 芯片的厚度， a 是倾角。 H 是以小时计算， 用每隔 2 毫米的千分尺。 获得 高于纳米 /微抛光工具 剪切角 的开发工具，实现良好的工具表面的润滑性，如图12 所示。 图 12。在刀具旋转时剪切角的变化 切削力，刀具前刀面的摩擦系数在计算时使用的措施。 结果 在图 13 表明显示，纳 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 10 米 /微显 著 改善表面润滑性。 此外 ，我们证实，在整个实验 中 低摩擦系数保持不变。 图 13。刀面的摩擦系数 5。结论 纳米 /微质 表面切削工具被开发出来，改善了铝合金切割的抗粘接性能。 特别是，我们也开发了有一个深 100米和 700 纳 纳米 /微质 刀面的切削刀具。 纳米 /微质感和金刚石涂层大大提高 抗粘接性能和刀具表 面的润滑。平行于主切削刃的纳米 /微沟槽开发工具，最需要改进的为其抗粘接性能。 鸣谢 这项工作 由日本教育部支持 ， 用于文化，体育，科学和技术科学研究（ 21560123，2009） 湘潭大学兴湘学院本科生毕业设计（论文） 11 参考文献 1拜恩克 ， 2003） 先进的切割工艺 机械工程研究所 52（ 2） :483 2克洛克楼， 里奇 1998） ， 改进切割改编的涂层系统的过程 。机械工程研究所 47（ 1） :65 3 ， T（ 2008）最低数量的水铝 - 硅合金类金刚石碳涂层钻头使用的润滑钻。国际机床杂志与制造 48:1429 4吉村 H， T，森胁大前研一氮， 下松井中号，清水米（ 2006）近干切削铝合金的研究。国际 - 日本机械工程师 C 系列 49（ 1） :83 5 莱恩 1999）结构，纹理或工程曲面。 机械工程研究所 48（ 2） :5416，哥斯达黎加 ， 卡 2008）在曲面设计功能性能的进展。机械工程研究所 57 纪事（ 2） :750 7：榎 T，青木，大竹氮（ 2007）微结构表
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