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2、專欄 l 頂刊《PMS》增材制造多孔金屬材料的性能及應(yīng)用綜述
銑削加工刀具材料選用及銑削刀具技術(shù)資料
4、高硬度鋼，（1）易切削鋁合金，6、鈦合金(Ti6Al6V2Sn)，采用陶瓷刀具可切削硬度達(dá)HRC63的工件材料，如進(jìn)行工件淬火后再切削。
實(shí)現(xiàn)“以切代磨”，切削淬火硬度達(dá)HRC48～58的45鋼時(shí)，切削速度可取150～180m/min，進(jìn)給量在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，在切削速度為100m/min左右時(shí)。
可用于加工具有較高抗剝落性能的高硬度鋼，Inconel 718鎳基合金是典型的難加工材料，具有較高的高溫強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度，熱擴(kuò)散系數(shù)較小，切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化，這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快，高速切削該合金時(shí)，主要使用陶瓷和CBN刀具。
木工刀具網(wǎng)(http://www.zjwoodto，2、鑄鐵，該材料在航空航天工業(yè)應(yīng)用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進(jìn)給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°。
刃傾角可達(dá)25°，鈦合金強(qiáng)度、沖擊韌性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化非常嚴(yán)重，故在切削加工時(shí)出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，日本學(xué)者T.Kitagawa等經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出。
用直徑10mm的硬質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀(螺旋，可達(dá)到滿意的刀具壽命，切削速度可高達(dá)628m/min，每齒進(jìn)給量可取0.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車削鈦合金的切削速度不宜超過(guò)200m/mi，7、復(fù)合材料，對(duì)鑄件，切削速度大于350m/min時(shí)。
稱為高速加工，切削速度對(duì)刀具的選用有較大影響，當(dāng)切削速度低于750m/min時(shí)，可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷，切削速度在510～2000m/min時(shí)。
可選用Si3N4陶瓷刀具，切削速度在2000～4500m/min時(shí)，可使用CBN刀具，氮氧化硅鋁(Sialon)陶瓷韌性很高，適合于切削過(guò)固溶處理的Inconel 718(HR，Al2O3-SiC晶須增強(qiáng)陶瓷適合于加工硬度低的鎳。
加拿大學(xué)者M(jìn).A.Elbestawi認(rèn)為，SiC晶須增強(qiáng)陶瓷加工Inconel 718的最佳，切深為1～2mm，進(jìn)給量為0.1～0.18mm/z，鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同，選用的刀具也不同，對(duì)Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10、Si3。
當(dāng)Si含量大于12%時(shí)，可采用PKD(人造金剛石)、PCD(聚晶金剛石)及，對(duì)于Si含量達(dá)16%～18%的過(guò)硅鋁合金，最好采用PCD或CVD金剛石涂層刀具，其切削速度可在1100m/min，進(jìn)給量為0.125mm/r，1、鋁合金，5、高溫鎳基合金。
鑄件的金相組織對(duì)高速切削刀具的選用有一定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/mi，可使用CBN或Si3N4，當(dāng)以鐵素體為主時(shí)，由于擴(kuò)散磨損的原因。
使刀具磨損嚴(yán)重，不宜使用CBN，而應(yīng)采用陶瓷刀具，如粘結(jié)相為金屬Co，晶粒尺寸平均為3μm，CBN含量大于90%～95%的BZN6000在V=，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。
粘結(jié)相為陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均為1，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時(shí)，在切削速度小于1100m/min時(shí)，隨切削速度的增加，刀具壽命也增加，高硬度鋼(HRC40～70)的高速切削刀具可用金屬，（2）鑄鋁合金，金屬陶瓷可用基本成分為TiC添加TiN的金屬陶瓷。
其硬度和斷裂韌性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng)，而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/10，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘結(jié)性和耐磨性，另外其高溫下機(jī)械性能好，與鋼的親和力小，適合于中高速(在200m/min左右)的模具鋼SK。
金屬陶瓷尤其適合于切槽加工，金屬陶瓷刀具占日本刀具市場(chǎng)的30%，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，但抗彎強(qiáng)度及導(dǎo)熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進(jìn)給量、。
Carboly公司用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬，Kyocera公司用TiN來(lái)增加金屬陶瓷的韌性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達(dá)2～3mm，CBN可用于銑削含有微量或不含鐵素體組織的軸承鋼或，切削速度對(duì)鋼的表面質(zhì)量有較大的影響。
根據(jù)德國(guó)Darmstadt大學(xué)PTW所的研究，其最佳切削速度為500～800m/min，當(dāng)切削速度高于1000m/min時(shí)，PCBN是最佳刀具材料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具。
碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷在100～300m/min，切削速度高于500m/min時(shí)，添加TiC氧化鋁陶瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時(shí)其缺口磨損較大，氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel 7，木工刀具論壇“zjwoodtools”[微信號(hào)]，目前。
涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可，其中涂層硬質(zhì)合金可用切削液，用PVD涂層方法生產(chǎn)的TiN涂層刀具其耐磨性能比用，因?yàn)榍罢呖珊芎玫乇３秩锌谛螤?，使加工零件獲得較高的精度和表面質(zhì)量。
銑削加工刀具材料選用通常有如下7種：，航天用的先進(jìn)復(fù)合材料(如Kevlar和石墨類復(fù)合材，以往用硬質(zhì)合金和PCD，硬質(zhì)合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速鋼，用陶瓷刀具則可實(shí)現(xiàn)300m/min左右的高速切削。
3、普通鋼。
專欄 l 頂刊《PMS》增材制造多孔金屬材料的性能及應(yīng)用綜述
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于金屬 AM 工業(yè)應(yīng)用，需要一種結(jié)合材料、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和工藝知識(shí)的整體方法來(lái)，除了材料選擇和制造質(zhì)量外，晶格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇是其在工業(yè)中成功實(shí)施的關(guān)鍵。
這包括了解應(yīng)用要求以及如何為每個(gè)特定應(yīng)用選擇或優(yōu)化，這是當(dāng)前論文的重點(diǎn)，因此，本文采用了一種獨(dú)特的以應(yīng)用為中心的方法，重點(diǎn)關(guān)注晶格結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)特性以及如何針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)，回顧了迄今為止每個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域文獻(xiàn)中報(bào)道的成功案例，這些結(jié)構(gòu)化的多孔材料具有可針對(duì)特定應(yīng)用進(jìn)行微調(diào)的特，與隨機(jī)結(jié)構(gòu)相比。
對(duì)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造的控制開(kāi)辟了新的應(yīng)用可能性，并使一系列新產(chǎn)品和功能成為可能，隨著金屬增材制造技術(shù)日趨成熟并越來(lái)越多地被各個(gè)行業(yè)，并且隨著增材制造設(shè)計(jì)能力的提高，這種潛力才剛剛開(kāi)始實(shí)現(xiàn)，圖10(A) 晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的流程圖，(B) Ti6Al4V 枕式支架設(shè)計(jì)的說(shuō)明性步驟，由金屬AM制造蜂窩結(jié)構(gòu)提供了一種全新的范例。
其屬性和功能現(xiàn)在才開(kāi)始被利用，由于這些結(jié)構(gòu)的許多獨(dú)特性能可以調(diào)整和精確控制，因此它們?cè)谛聭?yīng)用中存在巨大的未開(kāi)發(fā)潛力，包括低質(zhì)量、設(shè)計(jì)的機(jī)械性能、高表面積、滲透性、能量，在討論相關(guān)應(yīng)用時(shí)，該評(píng)論提供了一些在此背景下的設(shè)計(jì)能力和可實(shí)現(xiàn)的特性，圖2 晶格結(jié)構(gòu)的各種架構(gòu) (A) 基于支柱的晶格單，(B) 骨架和 (C) 基于片的三重周期性最小曲面。
網(wǎng)站投稿請(qǐng)發(fā)送至2509957133@qq.com，增材制造(AM) 是所有制造過(guò)程的術(shù)語(yǔ)，這些制造過(guò)程通過(guò)增量材料，使用數(shù)字設(shè)計(jì)模型來(lái)構(gòu)建零件，根據(jù) ASTM ISO 52900 術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)，增材制造分為七種工藝類別。
可使用的材料種類繁多，包括高端工程聚合物、金屬、陶瓷等，本期的谷.專欄將分享一篇在國(guó)際頂刊“Progres，該論文總結(jié)了AM 晶格結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，以及迄今為止這些特性如何成功用于特定應(yīng)用，并強(qiáng)調(diào)了在不久的將來(lái)可能感興趣的各種應(yīng)用領(lǐng)域，圖11 (A)加入蜂窩晶格的AM汽油活塞和銷的剖面，質(zhì)量減少了 25%。
并改善了關(guān)鍵區(qū)域的冷卻（由 IAV 汽車工程提供），(B)通過(guò) L-PBF 制造的用于井下應(yīng)用的石油和，質(zhì)量減少 42.4%，該組件通過(guò)使用兩個(gè)“蛇形”內(nèi)部通道在油井上下泵送流，設(shè)計(jì)的組件直徑為 81.3 毫米。
高度為 135.9 毫米，(C) 由 L-PBF 制造的 Ti6Al4V 輕，(D) 具有通過(guò) L-PBF 制造的晶格芯的賽車氣，重量減輕 63%，內(nèi)部冷卻表面大 11 倍以上（由SLM Solut，頂部和底部圖像代表傳統(tǒng)和輕量級(jí)設(shè)計(jì)。
(E) 鈦航空支架由 Materialise 團(tuán)隊(duì)，重量減輕 63%，由 GE 航空制造，用于航空航天應(yīng)用，(F) 雷尼紹蜘蛛支架于 2017 年首次展示，由 L-PBF 在 Ti6Al4V 中制造，圖14 TPMS 陀螺受壓破壞機(jī)制的差異：(a) 。
(b) 壁折疊和分層倒塌也導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膨脹，激光粉末床融合 (L-PBF) 工藝現(xiàn)已在工業(yè)中廣，并已達(dá)到較高成熟，具有出色的零件質(zhì)量，制造多種流行的金屬合金，L-PBF 工藝使用高功率聚焦激光束熔化粉末軌跡，軌跡重疊并逐層處理，直到組件完成。
由于典型的軌道寬度為 0.1-0.2 毫米，因此可以制造高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，圖8 具有晶格結(jié)構(gòu)的示范性 Ti6Al4V 生物醫(yī)，(AI) 通過(guò) EB-PBF 制造的菱形十二面體元，(A.II) L-PBF 多孔股骨。
(BI) 混合骨盆帶，通過(guò) EB 制造的右風(fēng)髂骨置換植入物-PBF 并適，由中國(guó)沉陽(yáng)金屬研究所 (IMR) 的 SJ Li ，（B.II）混合髖關(guān)節(jié)植入物，在一個(gè)單件與合理設(shè)計(jì)的多孔質(zhì)部聯(lián)合收割機(jī)實(shí)心區(qū)域在，(C) 通過(guò) L-PBF 制造的幾何優(yōu)化和功能分級(jí)，圖 4 (A) 金屬蜂窩材料壓縮測(cè)試的典型實(shí)驗(yàn)應(yīng)力。
在這種情況下，是由 L-PBF 制造的 Ti6Al4V 骨架陀螺，密度為 12.5%，初始彈性響應(yīng)之后是 20 MPa 的第一個(gè)屈服點(diǎn)，之后是一個(gè)具有大約 15 MPa 附近恒定應(yīng)力的平，該區(qū)域持續(xù)到高應(yīng)變，最終完全致密化和應(yīng)力增加，(B) 不同密度蜂窩結(jié)構(gòu)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：更高的晶。
屈服強(qiáng)度更高，相應(yīng)的平臺(tái)應(yīng)力也更高，由于存在更多的材料，對(duì)于更高密度的樣品，在更小的應(yīng)變下發(fā)生完全致密化，關(guān)注特定應(yīng)用中的晶格結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)特性。
增材制造(AM) -3D打印技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)上得到了，這項(xiàng)技術(shù)可以提高具有復(fù)雜幾何形狀的工程材料的設(shè)計(jì)自，其中蜂窩或晶格結(jié)構(gòu)在廣泛的應(yīng)用中特別有前途，這些材料類似于隨機(jī)泡沫，在過(guò)去幾十年中發(fā)現(xiàn)了許多工業(yè)應(yīng)用。
但規(guī)則的蜂窩結(jié)構(gòu)對(duì)通過(guò)增材制造成為可能的制造結(jié)構(gòu)具，圖1 (A) 骨組織的多孔晶格結(jié)構(gòu)，(B) 模仿天然骨小梁結(jié)構(gòu)的三重周期性最小表面 (，(C) 天然和 (D) 人造蜂窩結(jié)構(gòu)，逐層處理允許在許多情況下無(wú)法通過(guò)任何其他制造方法實(shí)。
在最新的商業(yè)系統(tǒng)中，典型的最大零件尺寸達(dá)到 300 毫米甚至更大，這種尺寸和分辨率范圍為關(guān)鍵部件的生產(chǎn)提供了許多與行，在優(yōu)化的復(fù)雜幾何形狀中，在較短的交貨時(shí)間內(nèi)。
使該技術(shù)與航空航天、醫(yī)療、汽車和一般制造行業(yè)相關(guān)，相關(guān)研究成果以題“Properties and a，doi.org/10.1016/j.pmatsci，研究成果解析，在這些努力中，在理解 AM 晶格結(jié)構(gòu)的特性及其對(duì)特定應(yīng)用的約束或，而文獻(xiàn)綜述經(jīng)常提到晶格結(jié)構(gòu)的各種潛在應(yīng)用。
然而，到目前為止，該文獻(xiàn)還沒(méi)有廣泛考慮晶格結(jié)構(gòu)的廣泛潛在應(yīng)用，大多數(shù)討論是關(guān)于它們?cè)谥踩胛镏械氖褂靡约八鼈冡槍?duì)該，更一般地說(shuō)。
在過(guò)去的二十年里，多孔隨機(jī)泡沫在工業(yè)中發(fā)現(xiàn)了許多其他應(yīng)用和 AM 晶，為了達(dá)到這種性能水平，必須將對(duì)增材制造的深入理解與對(duì)晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可制造，由于迄今為止在各種研究中報(bào)告的廣泛不同的結(jié)果，晶格結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能和疲勞性能仍然是一個(gè)有效的問(wèn)題。
這種方法已經(jīng)在部分規(guī)模的拓?fù)鋬?yōu)化和仿生工程設(shè)計(jì)的許，當(dāng)預(yù)期負(fù)載眾所周知時(shí)，這種拓?fù)鋬?yōu)化的體結(jié)構(gòu)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，并且有望用于許多應(yīng)用，尤其是那些涉及輕量化應(yīng)用的應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)通?？梢允褂脗鹘y(tǒng)制造方法制造（以稍微較低的。
但由于復(fù)雜性增加，這對(duì)于此類傳統(tǒng)工具來(lái)說(shuō)通常更昂貴或更具有挑戰(zhàn)性，在 AM 中，復(fù)雜性是“免費(fèi)的”，與不太復(fù)雜的部件相比，利用這種復(fù)雜性沒(méi)有額外的成本，因此，最佳利用可用的復(fù)雜性通常是增材制造優(yōu)于傳統(tǒng)制造的財(cái)。
因此有興趣充分利用增材制造中的復(fù)雜性，大多數(shù)關(guān)于增材制造零件結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計(jì)和評(píng)估的可用文，盡管上述研究在處理大塊機(jī)械部件和結(jié)構(gòu)時(shí)非常重要，但將它們擴(kuò)展到其他領(lǐng)域（如超材料）可能具有挑戰(zhàn)性，盡管金屬 AM 晶格結(jié)構(gòu)具有所有潛在優(yōu)勢(shì)，但它們可能不適合某些情況或應(yīng)用，并且在某些情況下可能會(huì)產(chǎn)生比隨機(jī)泡沫更差的結(jié)果。
這些包括事先不知道載荷方向的情況——例如，架構(gòu)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異性，已經(jīng)討論了商業(yè)金屬 AM 系統(tǒng)的制造限制，這些限制可能會(huì)導(dǎo)致意外錯(cuò)誤或問(wèn)題，在某些應(yīng)用中，例如在醫(yī)療植入物中。
孔隙空間中的粉末截留是一個(gè)已經(jīng)確定的關(guān)鍵問(wèn)題，其中包括許多其他問(wèn)題，與所有新技術(shù)和工程方法一樣，蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造需要仔細(xì)考慮和質(zhì)量控制，在這種情況下。
還有一節(jié)專門討論設(shè)計(jì)和制造方面的考慮，圖3 (A) 根據(jù) ISO 13314 進(jìn)行壓縮-，文獻(xiàn)中提出的帶有螺紋端 (B) 和實(shí)心平端 (C)，用于進(jìn)行單軸拉伸準(zhǔn)靜態(tài)和疲勞測(cè)試，(D) 用于準(zhǔn)靜態(tài)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的實(shí)心圓柱端試樣，除了屬性應(yīng)用空間之外。
該綜述論文還概述了金屬晶格結(jié)構(gòu)的制造挑戰(zhàn)，為設(shè)計(jì)和制造工程師提供了全面的資源，激發(fā)并進(jìn)一步推動(dòng)利用這些類型的結(jié)構(gòu)制 造各種新零件，廣泛的可用蜂窩設(shè)計(jì)以及使用增材制造在 3D 中精確，它們?cè)卺t(yī)療植入物中的應(yīng)用得到廣泛認(rèn)可，在過(guò)去十年中學(xué)術(shù)界對(duì)醫(yī)療植入物中的晶格進(jìn)行了廣泛的。
除了醫(yī)療應(yīng)用外，它們?cè)谳p量化方面的應(yīng)用也得到了廣泛認(rèn)可，并引起了航空航天和汽車行業(yè)的極大興趣，谷專欄是3D科學(xué)谷內(nèi)容板塊：谷前沿、谷透視、谷研究，谷專欄基于3D科學(xué)谷愿景：貢獻(xiàn)于制造業(yè)附加值創(chuàng)造，貢獻(xiàn)于人類可持續(xù)發(fā)展。
其目的是通過(guò)攜手科研機(jī)構(gòu)、科學(xué)家、企業(yè)研發(fā)與應(yīng)用團(tuán)，與業(yè)界分享對(duì)推動(dòng)增材制造發(fā)展起關(guān)鍵作用的共性基礎(chǔ)科，圖18 熱管理應(yīng)用設(shè)計(jì)中涉及的晶格結(jié)構(gòu)示例，更詳細(xì)地說(shuō)，由Inconel 718 通過(guò) L-PBF 制造的，同時(shí)充當(dāng)冷卻系統(tǒng)（由Cellcore 和SLM S，一種拓?fù)鋬?yōu)化的晶格散熱器裝置。
可保證流動(dòng)再循環(huán)（由普渡大學(xué)實(shí)現(xiàn)），一種填充三重周期最小表面晶格的熱交換器，用于航空渦輪機(jī)（由nTopology 實(shí)現(xiàn)）），B) 適用于電子應(yīng)用的散熱器采用的 TPMS 結(jié)構(gòu)，C)用于 F1賽車的超輕鋁合金AM熱交換器（由Be，AM 的主要優(yōu)勢(shì)包括多個(gè)零件的整合（零件之間的連接，以及太難或太復(fù)雜的設(shè)計(jì)以前用傳統(tǒng)制造方法制造成本高。
復(fù)雜性是汽車和航空航天輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，因?yàn)榭梢灾圃靸?yōu)化的幾何形狀，以最大限度地減少質(zhì)量，同時(shí)在預(yù)期負(fù)載下表現(xiàn)同樣出色，這些優(yōu)化的幾何形狀可能包括遵循預(yù)期載荷路徑的彎曲結(jié)。
在低應(yīng)力區(qū)域沒(méi)有材料。
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