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2、专栏 l 顶刊《PMS》增材制造多孔金属材料的性能及应用综述
铣削加工刀具材料选用及铣削刀具技术资料
4、高硬度钢,(1)易切削铝合金,6、钛合金(Ti6Al6V2Sn),采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63的工件材料,如进行工件淬火后再切削。
实现“以切代磨”,切削淬火硬度达HRC48~58的45钢时,切削速度可取150~180m/min,进给量在0.3~0.4min/r,切深可取2~4mm,粒度在1μm,TiC含量在20%~30%的Al2O3-TiC陶瓷,在切削速度为100m/min左右时。
可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢,Inconel 718镍基合金是典型的难加工材料,具有较高的高温强度、动态剪切强度,热扩散系数较小,切削时易产生加工硬化,这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快,高速切削该合金时,主要使用陶瓷和CBN刀具。
木工刀具网(http://www.zjwoodto,2、铸铁,该材料在航空航天工业应用较多,适用的刀具有K10、K20、PCD,切削速度在2000~4000m/min,进给量在3~12m/min,刀具前角为12°~18°,后角为10°~18°。
刃倾角可达25°,钛合金强度、冲击韧性大,硬度稍低于Inconel 718,但其加工硬化非常严重,故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象,日本学者T.Kitagawa等经过大量实验得出。
用直径10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋,可达到满意的刀具寿命,切削速度可高达628m/min,每齿进给量可取0.06~0.12mm/z,连续高速车削钛合金的切削速度不宜超过200m/mi,7、复合材料,对铸件,切削速度大于350m/min时。
称为高速加工,切削速度对刀具的选用有较大影响,当切削速度低于750m/min时,可选用涂层硬质合金、金属陶瓷,切削速度在510~2000m/min时。
可选用Si3N4陶瓷刀具,切削速度在2000~4500m/min时,可使用CBN刀具,氮氧化硅铝(Sialon)陶瓷韧性很高,适合于切削过固溶处理的Inconel 718(HR,Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍。
加拿大学者M.A.Elbestawi认为,SiC晶须增强陶瓷加工Inconel 718的最佳,切深为1~2mm,进给量为0.1~0.18mm/z,铸铝合金根据其Si含量的不同,选用的刀具也不同,对Si含量小于12%的铸铝合金可采用K10、Si3。
当Si含量大于12%时,可采用PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及,对于Si含量达16%~18%的过硅铝合金,最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具,其切削速度可在1100m/min,进给量为0.125mm/r,1、铝合金,5、高温镍基合金。
铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响,加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/mi,可使用CBN或Si3N4,当以铁素体为主时,由于扩散磨损的原因。
使刀具磨损严重,不宜使用CBN,而应采用陶瓷刀具,如粘结相为金属Co,晶粒尺寸平均为3μm,CBN含量大于90%~95%的BZN6000在V=,宜加工高铁素体含量的灰铸铁。
粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为1,在加工高珠光体含量的灰铸铁时,在切削速度小于1100m/min时,随切削速度的增加,刀具寿命也增加,高硬度钢(HRC40~70)的高速切削刀具可用金属,(2)铸铝合金,金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷。
其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当,而导热系数不到硬质合金的1/10,并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性,另外其高温下机械性能好,与钢的亲和力小,适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SK。
金属陶瓷尤其适合于切槽加工,金属陶瓷刀具占日本刀具市场的30%,以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好,但抗弯强度及导热性差,适于切削速度在400~800m/min的小进给量、。
Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂中少钼,Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷的韧性,其加工钢或铸铁的切深可达2~3mm,CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织的轴承钢或,切削速度对钢的表面质量有较大的影响。
根据德国Darmstadt大学PTW所的研究,其最佳切削速度为500~800m/min,当切削速度高于1000m/min时,PCBN是最佳刀具材料,CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具。
碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100~300m/min,切削速度高于500m/min时,添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小,而在100~300m/min时其缺口磨损较大,氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel 7,木工刀具论坛“zjwoodtools”[微信号],目前。
涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可,其中涂层硬质合金可用切削液,用PVD涂层方法生产的TiN涂层刀具其耐磨性能比用,因为前者可很好地保持刃口形状,使加工零件获得较高的精度和表面质量。
铣削加工刀具材料选用通常有如下7种:,航天用的先进复合材料(如Kevlar和石墨类复合材,以往用硬质合金和PCD,硬质合金的切削速度受到限制,而在900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速钢,用陶瓷刀具则可实现300m/min左右的高速切削。
3、普通钢。
专栏 l 顶刊《PMS》增材制造多孔金属材料的性能及应用综述
一般来说,对于金属 AM 工业应用,需要一种结合材料、结构、设计和工艺知识的整体方法来,除了材料选择和制造质量外,晶格结构的设计选择是其在工业中成功实施的关键。
这包括了解应用要求以及如何为每个特定应用选择或优化,这是当前论文的重点,因此,本文采用了一种独特的以应用为中心的方法,重点关注晶格结构的可实现特性以及如何针对特定应用优,回顾了迄今为止每个应用领域文献中报道的成功案例,这些结构化的多孔材料具有可针对特定应用进行微调的特,与随机结构相比。
对此类结构的设计和制造的控制开辟了新的应用可能性,并使一系列新产品和功能成为可能,随着金属增材制造技术日趋成熟并越来越多地被各个行业,并且随着增材制造设计能力的提高,这种潜力才刚刚开始实现,图10(A) 晶格结构设计优化方法的流程图,(B) Ti6Al4V 枕式支架设计的说明性步骤,由金属AM制造蜂窝结构提供了一种全新的范例。
其属性和功能现在才开始被利用,由于这些结构的许多独特性能可以调整和精确控制,因此它们在新应用中存在巨大的未开发潜力,包括低质量、设计的机械性能、高表面积、渗透性、能量,在讨论相关应用时,该评论提供了一些在此背景下的设计能力和可实现的特性,图2 晶格结构的各种架构 (A) 基于支柱的晶格单,(B) 骨架和 (C) 基于片的三重周期性最小曲面。
网站投稿请发送至2509957133@qq.com,增材制造(AM) 是所有制造过程的术语,这些制造过程通过增量材料,使用数字设计模型来构建零件,根据 ASTM ISO 52900 术语标准,增材制造分为七种工艺类别。
可使用的材料种类繁多,包括高端工程聚合物、金属、陶瓷等,本期的谷.专栏将分享一篇在国际顶刊“Progres,该论文总结了AM 晶格结构的独特性,以及迄今为止这些特性如何成功用于特定应用,并强调了在不久的将来可能感兴趣的各种应用领域,图11 (A)加入蜂窝晶格的AM汽油活塞和销的剖面,质量减少了 25%。
并改善了关键区域的冷却(由 IAV 汽车工程提供),(B)通过 L-PBF 制造的用于井下应用的石油和,质量减少 42.4%,该组件通过使用两个“蛇形”内部通道在油井上下泵送流,设计的组件直径为 81.3 毫米。
高度为 135.9 毫米,(C) 由 L-PBF 制造的 Ti6Al4V 轻,(D) 具有通过 L-PBF 制造的晶格芯的赛车气,重量减轻 63%,内部冷却表面大 11 倍以上(由SLM Solut,顶部和底部图像代表传统和轻量级设计。
(E) 钛航空支架由 Materialise 团队,重量减轻 63%,由 GE 航空制造,用于航空航天应用,(F) 雷尼绍蜘蛛支架于 2017 年首次展示,由 L-PBF 在 Ti6Al4V 中制造,图14 TPMS 陀螺受压破坏机制的差异:(a) 。
(b) 壁折叠和分层倒塌也导致结构膨胀,激光粉末床融合 (L-PBF) 工艺现已在工业中广,并已达到较高成熟,具有出色的零件质量,制造多种流行的金属合金,L-PBF 工艺使用高功率聚焦激光束熔化粉末轨迹,轨迹重叠并逐层处理,直到组件完成。
由于典型的轨道宽度为 0.1-0.2 毫米,因此可以制造高度复杂的结构,图8 具有晶格结构的示范性 Ti6Al4V 生物医,(AI) 通过 EB-PBF 制造的菱形十二面体元,(A.II) L-PBF 多孔股骨。
(BI) 混合骨盆带,通过 EB 制造的右风髂骨置换植入物-PBF 并适,由中国沉阳金属研究所 (IMR) 的 SJ Li ,(B.II)混合髋关节植入物,在一个单件与合理设计的多孔质部联合收割机实心区域在,(C) 通过 L-PBF 制造的几何优化和功能分级,图 4 (A) 金属蜂窝材料压缩测试的典型实验应力。
在这种情况下,是由 L-PBF 制造的 Ti6Al4V 骨架陀螺,密度为 12.5%,初始弹性响应之后是 20 MPa 的第一个屈服点,之后是一个具有大约 15 MPa 附近恒定应力的平,该区域持续到高应变,最终完全致密化和应力增加,(B) 不同密度蜂窝结构的应力-应变曲线:更高的晶。
屈服强度更高,相应的平台应力也更高,由于存在更多的材料,对于更高密度的样品,在更小的应变下发生完全致密化,关注特定应用中的晶格结构可实现特性。
增材制造(AM) -3D打印技术已经在工业上得到了,这项技术可以提高具有复杂几何形状的工程材料的设计自,其中蜂窝或晶格结构在广泛的应用中特别有前途,这些材料类似于随机泡沫,在过去几十年中发现了许多工业应用。
但规则的蜂窝结构对通过增材制造成为可能的制造结构具,图1 (A) 骨组织的多孔晶格结构,(B) 模仿天然骨小梁结构的三重周期性最小表面 (,(C) 天然和 (D) 人造蜂窝结构,逐层处理允许在许多情况下无法通过任何其他制造方法实。
在最新的商业系统中,典型的最大零件尺寸达到 300 毫米甚至更大,这种尺寸和分辨率范围为关键部件的生产提供了许多与行,在优化的复杂几何形状中,在较短的交货时间内。
使该技术与航空航天、医疗、汽车和一般制造行业相关,相关研究成果以题“Properties and a,doi.org/10.1016/j.pmatsci,研究成果解析,在这些努力中,在理解 AM 晶格结构的特性及其对特定应用的约束或,而文献综述经常提到晶格结构的各种潜在应用。
然而,到目前为止,该文献还没有广泛考虑晶格结构的广泛潜在应用,大多数讨论是关于它们在植入物中的使用以及它们针对该,更一般地说。
在过去的二十年里,多孔随机泡沫在工业中发现了许多其他应用和 AM 晶,为了达到这种性能水平,必须将对增材制造的深入理解与对晶格结构设计、可制造,由于迄今为止在各种研究中报告的广泛不同的结果,晶格结构的机械性能和疲劳性能仍然是一个有效的问题。
这种方法已经在部分规模的拓扑优化和仿生工程设计的许,当预期负载众所周知时,这种拓扑优化的体结构是一个不错的选择,并且有望用于许多应用,尤其是那些涉及轻量化应用的应用,这些结构通常可以使用传统制造方法制造(以稍微较低的。
但由于复杂性增加,这对于此类传统工具来说通常更昂贵或更具有挑战性,在 AM 中,复杂性是“免费的”,与不太复杂的部件相比,利用这种复杂性没有额外的成本,因此,最佳利用可用的复杂性通常是增材制造优于传统制造的财。
因此有兴趣充分利用增材制造中的复杂性,大多数关于增材制造零件结构完整性设计和评估的可用文,尽管上述研究在处理大块机械部件和结构时非常重要,但将它们扩展到其他领域(如超材料)可能具有挑战性,尽管金属 AM 晶格结构具有所有潜在优势,但它们可能不适合某些情况或应用,并且在某些情况下可能会产生比随机泡沫更差的结果。
这些包括事先不知道载荷方向的情况——例如,架构晶格在特定方向上具有卓越的性能,但通常具有高度的各向异性,已经讨论了商业金属 AM 系统的制造限制,这些限制可能会导致意外错误或问题,在某些应用中,例如在医疗植入物中。
孔隙空间中的粉末截留是一个已经确定的关键问题,其中包括许多其他问题,与所有新技术和工程方法一样,蜂窝结构的设计和制造需要仔细考虑和质量控制,在这种情况下。
还有一节专门讨论设计和制造方面的考虑,图3 (A) 根据 ISO 13314 进行压缩-,文献中提出的带有螺纹端 (B) 和实心平端 (C),用于进行单轴拉伸准静态和疲劳测试,(D) 用于准静态扭转试验的实心圆柱端试样,除了属性应用空间之外。
该综述论文还概述了金属晶格结构的制造挑战,为设计和制造工程师提供了全面的资源,激发并进一步推动利用这些类型的结构制 造各种新零件,广泛的可用蜂窝设计以及使用增材制造在 3D 中精确,它们在医疗植入物中的应用得到广泛认可,在过去十年中学术界对医疗植入物中的晶格进行了广泛的。
除了医疗应用外,它们在轻量化方面的应用也得到了广泛认可,并引起了航空航天和汽车行业的极大兴趣,谷专栏是3D科学谷内容板块:谷前沿、谷透视、谷研究,谷专栏基于3D科学谷愿景:贡献于制造业附加值创造,贡献于人类可持续发展。
其目的是通过携手科研机构、科学家、企业研发与应用团,与业界分享对推动增材制造发展起关键作用的共性基础科,图18 热管理应用设计中涉及的晶格结构示例,更详细地说,由Inconel 718 通过 L-PBF 制造的,同时充当冷却系统(由Cellcore 和SLM S,一种拓扑优化的晶格散热器装置。
可保证流动再循环(由普渡大学实现),一种填充三重周期最小表面晶格的热交换器,用于航空涡轮机(由nTopology 实现)),B) 适用于电子应用的散热器采用的 TPMS 结构,C)用于 F1赛车的超轻铝合金AM热交换器(由Be,AM 的主要优势包括多个零件的整合(零件之间的连接,以及太难或太复杂的设计以前用传统制造方法制造成本高。
复杂性是汽车和航空航天轻量化设计的关键驱动因素,因为可以制造优化的几何形状,以最大限度地减少质量,同时在预期负载下表现同样出色,这些优化的几何形状可能包括遵循预期载荷路径的弯曲结。
在低应力区域没有材料。
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