2134 M7130平面磨床主軸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

2134 M7130平面磨床主軸系統(tǒng)改造設(shè)計(jì),m7130,平面磨床,主軸,系統(tǒng),改造,設(shè)計(jì) 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1提高刀具表面的抗粘性能力通過(guò)納米/微質(zhì)感技術(shù)T.Enomoto, T.Sugihara機(jī)械工程學(xué)院，工程系,丘吹田，大阪 565-0871，日本大阪大學(xué)研究生院提交，日本大阪。鋁合金復(fù)合材料的需求迅速增加，特別是在交通運(yùn)輸業(yè)，這種需求是由于作為一種高強(qiáng)度質(zhì)量比和高耐腐蝕性等關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。然而，鋁屑容易依附在切割工具的邊緣，常常導(dǎo)致工具破損。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們已經(jīng)利用飛秒激光技術(shù)開發(fā)出納米/微質(zhì)感表面刀具。實(shí)驗(yàn)表明，利用這種技術(shù)在端面銑削時(shí)，工具表面的光滑性和抗粘接性能有著顯著提高。1 介紹鋁合金有著多種優(yōu)勢(shì)，包括高質(zhì)量比和高耐腐蝕性。因此，鋁合金的需求迅速增加，尤其是在運(yùn)輸業(yè)。鋁合金與鋼相比，由于其硬度低，易于切割，但這種優(yōu)勢(shì)在某些應(yīng)用中有時(shí)會(huì)因?yàn)槠淙埸c(diǎn)低，延展性高，導(dǎo)致鋁芯片工具的切削刃降低，從而導(dǎo)致機(jī)床故障。工具的許多不同的切屑參數(shù)已得到改善，如幾何形狀，表面涂層[ 2 ]，及精加工。例如，類金剛石碳（金剛石）涂層刀具具有極低的摩擦而被應(yīng)用在干燥或接近干切削鋁合金[ 3]，但在實(shí)際使用中，鋁芯片類金剛石涂層工具無(wú)法避免的在切削液中工作。此外，刀具破損經(jīng)常發(fā)生在切削過(guò)程，深孔鉆削，銑削，攻牙，它的切削點(diǎn)是很難直接提供切削液。為解決上述問(wèn)題，我們采用了表面工程的方法，即，一個(gè)功能化工具表面的紋理。我們開發(fā)了一種微結(jié)構(gòu)的刀具，以確定刀具前刀面保持在切削液中[7]，顯著改善刀具前刀面的摩擦，切削力和摩擦系數(shù)，刀-屑粘附性尚未調(diào)查。在這項(xiàng)研究中，我們?cè)u(píng)估了微粗糙表面抗粘性的影響和開發(fā)技術(shù)，以提高使用更精致的表面紋理?；谖覀兊难芯拷Y(jié)果，我們開發(fā)了一個(gè)與納米/微質(zhì)感表面的切削工具，以改善所需的抗粘結(jié)效果。我們也評(píng)估了相應(yīng)的切削性能。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 刀具表面微結(jié)構(gòu)2.1。切削刀具與微表面紋理圖 1。以前開發(fā)的微粗糙表面的切削工具（大寫：示意圖;：SEM 圖像）[7] 。圖 1 顯示一個(gè)原理圖說(shuō)明和掃描電子顯微鏡（掃描） （日立高新科技公司，-3400nx）圖像的切割工具與微質(zhì)感分段金剛石涂層[ 7]。我們?cè)跍?zhǔn)備的工具基礎(chǔ)上[ 8]。首先，通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（CVD）方法在硬質(zhì)合金刀具的前刀面均勻涂布類金剛石膜， （住友電工超硬合金株式會(huì)社，SEKN42M） 。接下來(lái)，用鎢鐵絲網(wǎng)涂層刀具的表面，作為一個(gè)面具，以創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)格。在利用金剛石涂層的化學(xué)氣相沉積法再涂上第二層，使得類金剛石薄膜的部分尺寸為150 毫米 x 150 毫米 x 0.8 毫米，間距為 80 毫米的深柵槽，2.2。切削實(shí)驗(yàn)程序鋁合金 A5052 采用立式加工中心進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)（山崎馬扎克公司，AJV-18）實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示圖 2 。圖 3 顯示了單個(gè)插入刀具的幾何形狀。刀具的中心對(duì)應(yīng)工件的中心線。表 1 列出了切削條件。乳化型切削液（NEOS 有限公司，F(xiàn)inecut 中心-100）提供12.6 升/分鐘的流量。測(cè)功機(jī)（奇石有限公司，9257B）設(shè)置測(cè)量工件切削力的三個(gè)組成部分。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3圖 2。面銑測(cè)試的實(shí)驗(yàn)裝置。圖 3.切割工具的幾何形狀。切割 900 米后，觀察評(píng)估刀具前刀面工具表面的附著力。電鏡掃描圖像（圖 4）證實(shí)，芯片粘附發(fā)生前刀面上，更具體地說(shuō)，該凹槽被掩埋在附近的尖端上。刀-屑接觸長(zhǎng)度的理論計(jì)算約為 180 毫米，這表明該段有足夠大的（150 毫米×150 毫米）工具-芯片接觸面。凹槽是如此之廣，芯片材料很容易進(jìn)入溝槽和堵塞。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4圖 4。切割工具切割 900 米后微質(zhì)感表面。3。納米/微質(zhì)感表面切割工具考慮到上述結(jié)果，我們舉例設(shè)計(jì)了新的紋理刀具表面：1）提高并保留足夠的工具和芯片之間的流體和一個(gè)穩(wěn)定的流體膜潤(rùn)滑; 2）通過(guò)降低刀具表面和芯片之間的接觸面積，而減少摩擦。然后通過(guò)納米/微溝槽技術(shù)，而制造出的刀具表面，以達(dá)到這些目的。通過(guò)激光誘導(dǎo)周期性表面結(jié)構(gòu)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)納米/微溝槽[ 9 , 10]前刀面上的切削工具。在線偏振飛秒激光脈沖的照射下，而引起的入射激光脈沖和表面散射光，在等離子體波之間的干擾下而使得表面存在缺陷。精確的固定槽自組織通過(guò)調(diào)整略高于消融閾值低劑量激光能量，與間隔規(guī)則的結(jié)構(gòu)是相同的或小于激光的波長(zhǎng)。應(yīng)用這一技術(shù)，在切削工具的前刀面上使用鈦藍(lán)寶石激光系統(tǒng)定期產(chǎn)生 100-150 納米和 700 納米/微溝槽（佳能機(jī)械 Inc.Model Surfbeat R;峰值波長(zhǎng)為 800 納米，脈沖寬度 150 fs 的，循環(huán)頻率 1 kHz，脈沖能量 300 兆焦耳）如圖 5 所示，納米/微溝槽形成正弦-波，這被認(rèn)為是最大限度地減少刀具表面和芯片之間的接觸。激光輻照前，以拋光金剛石切割工具的前刀面的表面粗糙度為 40（峰谷）湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5圖 5。新開發(fā)的工具納米/ 微質(zhì)感表面使用表 1 中列出的切削條件下進(jìn)行了初步的切割與拋光，和表面的切削刀具和刀具與凹槽平行尖端實(shí)驗(yàn)。刀具的前刀面堅(jiān)持以芯片質(zhì)感打磨工具（圖 6）類似的方式，顯示反膠的效果沒(méi)有得到充分的晉升時(shí)只修改表面紋理。然后，在切削刀具的表面利用電弧離子鍍類金剛石薄膜涂層以提高抗膠粘性。涂層降低了 10 毫米或更小的溝槽深度。圖 6。掃描電鏡圖像為切割 900 米前刀面涂層刀具。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6表 1 切削條件。工件A5052 W75 毫米的 210 毫米古河天空鋁業(yè)公司工具 硬質(zhì)合金住友電工硬質(zhì)合金有限公司，sekn42 米幾何刀具 軸向前角，普遍徑向前角，傾角，頂角，克刀具直徑20°一 3。12.4°45°80mm切削速度切削深度進(jìn)給率切削長(zhǎng)度 380m/min 3 mm0.12 mm/rev.180m x 5, 10 passes切削液 乳液型近地物體的有限公司，finecut cfs100，供給率 12.6 L/min4。刀具性能4.1 評(píng)估防粘連。三種類型的刀具進(jìn)行了評(píng)價(jià)：（1）的類金剛石涂層刀具溝槽平行于切削刃（平行槽工具） ；（2）的類金剛石涂層刀具溝槽垂直于切削刃（正交槽工具） ；（3）傳統(tǒng)的金剛石涂層工具與拋光表面（拋光工具） ，如圖 7 所示，切割 1800 米后使用掃描電子顯微鏡和能量色散 X 射線光譜（能譜）分析前刀面切割工具和對(duì)性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。圖8 顯示圖形為前刀面上鋁原子濃度，定量衡量一個(gè) edx-al 圖像。湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 7。切削刀具切割后前刀面（左：掃描電鏡圖像；右：edx-al 圖像）圖 8 切削刀具前刀面上的鋁原子湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8從圖 6 和 7，我們發(fā)現(xiàn)，類金剛石涂層鋁附著力降低。 圖 7 和 8 證明，刀具表面納米/微有很好的防粘性能，特別是納米/微溝槽平行的主切削刃。更具體地說(shuō)，拋光工具粘連面積減少三分之一。增加納米/微槽方向上性粘連可描述如下，在正交槽工具下，芯片刀具前刀面總是與面接觸，從而增加芯片的粘附，導(dǎo)致切割工具芯片的接口上的油膜破裂 。在平行槽工具的情況下，芯片接觸到刀具前刀面，避免了芯片的附著力和工具芯片的接口切割液的斷續(xù)。利用光學(xué)顯微鏡（KEYENCE 的公司，VF-7500）每切割距離 180 米后進(jìn)行工具表面的觀察，評(píng)估切割進(jìn)步的附著力的變化，圖 9 為計(jì)算的顯微圖像分析。顯示了中鋁粘連面積的變化。在新開發(fā)的工具中，粘附地區(qū)略有增加。特別是，平行槽工具長(zhǎng)約八分之一的地區(qū)相比。圖 9。變化的粘附區(qū)與切割刀面距離切割后 1800 米后，在正交方向切割邊緣測(cè)量刀具前刀面的截面輪廓，如圖 10 所示，前刀面上的拋光工具集結(jié)在邊緣 0.5 毫米處產(chǎn)生，而這是開發(fā)工具可以忽略不計(jì)的。圖 10。切削刀具后刀面的截面輪廓湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9最后，高倍率 SEM 觀察，以確定詳細(xì)的刀具表面的附著力（圖 11） ，從這個(gè)數(shù)據(jù)，我們證實(shí)了切割 1800 米后納米/微溝槽不被粘附。圖 11。切割 1800 米后平行于開發(fā)工具的前刀面與納米/ 微溝槽的邊緣4.2。評(píng)價(jià)刀具表面的潤(rùn)滑性進(jìn)行了切削剪切角和切削力的評(píng)估，以確定對(duì)切削性能的影響。眾所周知，剪切角隨刀具前刀面上的摩擦而減少，立體切割后逼近二維切割，下面是剪切角 F 的有效二維切割計(jì)算公式，，其中 RC 為切割比例，H 是變形的芯片厚度，HC 是芯片的厚度，a 是傾角。H 是以小時(shí)計(jì)算，HC 采用每隔 2 毫米的千分尺。獲得高于納米/微拋光工具剪切角的開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)良好的工具表面的潤(rùn)滑性，如圖 12 所示。圖 12。在刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)剪切角的變化切削力，刀具前刀面的摩擦系數(shù)在計(jì)算時(shí)使用的措施。結(jié)果在圖 13 表明顯示，納湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10米/微顯著改善表面潤(rùn)滑性。此外，我們證實(shí)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中低摩擦系數(shù)保持不變。圖 13。刀面的摩擦系數(shù)5。結(jié)論納米/微質(zhì)表面切削工具被開發(fā)出來(lái)，改善了鋁合金切割的抗粘接性能。特別是，我們也開發(fā)了有一個(gè)深 100-150 納米和 700 納納米/微質(zhì)刀面的切削刀具。納米/微質(zhì)感和金剛石涂層大大提高抗粘接性能和刀具表面的潤(rùn)滑。平行于主切削刃的納米/微溝槽開發(fā)工具，最需要改進(jìn)的為其抗粘接性能。鳴謝這項(xiàng)工作由日本教育部支持，用于文化，體育，科學(xué)和技術(shù)科學(xué)研究（21560123，2009）湘潭大學(xué)興湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11參考文獻(xiàn)[ 1]拜恩克， Dornfeld，Denkena（2003）[先進(jìn)的切割工藝] 機(jī)械工程研究所52（2）:483-507。[2]克洛克樓，P6hls，Zinkann 至 Gerschwiler，弗里奇 Eisenbliitter（1998）Krieg T，[改進(jìn)切割改編的涂層系統(tǒng)的過(guò)程]。機(jī)械工程研究所 47（1）:65-68。[3] Bhowmick S，Alpas AT（2008）最低數(shù)量的水鋁 - 硅合金類金剛石碳涂層鉆頭使用的潤(rùn)滑鉆。國(guó)際機(jī)床雜志與制造 48:1429-1443。[4]吉村 H，T，森脅大前研一氮，Shibasaka?，木下松井中號(hào)，清水米（2006）近干切削鋁合金的研究。國(guó)際 - 日本機(jī)械工程師 C 系列 49（1）:83-8902874857。[5] CJ-埃文斯，布萊恩 JB（1999）結(jié)構(gòu)，紋理或工程曲面。 機(jī)械工程研究所48（2）:541-556[6]，哥斯達(dá)黎加 HL Bruzzone AAG 的，Lonardo，盧卡 DA（2008）在曲面設(shè)計(jì)功能性能的進(jìn)展。機(jī)械工程研究所 57 紀(jì)事（2）:750-769。[7]：榎 T，青木，大竹氮（2007）微結(jié)構(gòu)表面與刀具的發(fā)展。日本交易國(guó)稅發(fā)[日本機(jī)械工程師學(xué)會(huì) C 系列 73（729）:288-293。[8]青木，大竹氮（2004） 碳薄膜的摩擦學(xué)性能。國(guó)際摩擦學(xué) 37:941-947[9] Rtomer GRBE，梅哲 Huisin't， 激光誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)的自組織形成 Groenendijk MNW（2009 年） 。史冊(cè)國(guó)稅發(fā)[機(jī)械工程研究所 58（1）:201-204。[10]川原，澤，森（2008）雙向旋轉(zhuǎn)水潤(rùn)滑性能對(duì) SiC 表面周期結(jié)構(gòu)的影響。日本摩擦學(xué)學(xué)會(huì)摩擦學(xué) 3（2）:122-126[11]斯蒂芬森 DA，Agapiou JS（1996） 金屬切削理論與實(shí)踐。 CRC 出版社