氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

新型损伤容限钛合金高速铣削表面完整性分析(英文)

研究新型损伤容限钛合金TC21在不同的刀具磨损状态下,采用高速铣削与常规铣削的加工表面完整性,重点研究表面粗糙度、加工硬化层、金相组织等因素对表面完整性的影响。结果表明,高速铣削能够获得良好的表面质量并提高加工的效率,同时通过观察加工硬化层与金相组织可以发现,即使是刀具在严重磨损的状态下,也不会出现比较严重的加工硬化现象。     

拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

振动频率对超声辅助切削温度影响的仿真研究

钛合金为难加工材料,被广泛应用于航天航天等领域,近年来,超声振动在钛合金切削加工方面得到广泛的运用。在实现断续切削的情况下(2πfa3Vc),运用Adevant Edge软件建立了反映温度场分布的超声振动车削有限元模型,并用该模型仿真研究了振动频率对超声切削温度影响的规律。研究表明:适当增大超声振动频率可降低加工接触率,实现断续切削,降低刀尖切削温度,增加刀具的使用寿命;在相同工艺参数条件下,存在一振动频率临界点,超过该频率将导致刀尖与切屑摩擦热增加速度大于刀具散热速度,致使刀具温度升高。     

基于BP和GRNN神经网络的高速铣削TC4粗糙度预测

表面粗糙度是衡量工件加工表面质量的重要指标,考虑到切削参数是能够人为控制并对零件的表面粗糙度有较大影响的因素之一,通过设计正交试验建立高速铣削TC4表面粗糙度的BP神经网络和GRNN神经网络模型,并对比两个模型的预测值与试验值的预测精度。结果表明:所建立的GRNN神经网络能够更好的预测零件表面粗糙度,预测误差在5%以内,BP神经网络的预测误差在10%以内且收敛速度较慢,GRNN神经网络具有更好的预测精度和效率,为进一步开展高速加工预测提供参考。     

钛合金的电解加工及其表面质量的研究

本文对加工TC4、TC9钛合金的电解液进行了初选试验,着重研究了TC4在八种电解液中加工时蚀除速度V_1与电流密度i的关系,得到V_1=ai的直线方程式.研究了低电流密度区点蚀的形成及其影响因素,并用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了点蚀的表面形貌。初步讨论了钛合金压气机叶片在电解加工中出现的一些表面缺陷问题。     

碳纤维增强碳化硅基复合材料的低温铣削研究（英文）

碳纤维增强碳化硅基复合材料(C_f/SiC复合材料)是航空航天高端装备热端构建最具潜力的新型高温结构材料,但是其干切削存在切削温度高、刀具磨损快和加工损伤严重等问题。本文研究了C_f/SiC复合材料的液氮低温铣削特性,并开展了低温切削和干切削的对比试验研究。阐明了铣削用量和低温介质对切削温度、切削力、加工表面质量和刀具磨损的影响规律。结果表明,液氮低温铣削C_f/SiC复合材料的切削温度比干切削降低了40%—60%;低温铣削中,随着铣削用量的增加,切削力逐渐升高;低温铣削的加工表面质量优于干切削。C_f/SiC复合材料的去除机理主要包括纤维断裂、基体破坏和纤维与基体脱黏等。PCD铣刀的主要失效形式是后刀面磨损,液氮低温铣削中低温阻碍了PCD铣刀中粘结剂Co软化和金刚石相变,因此刀具寿命得到提高。     

铣削硬质合金时的材料脆延转变特性试验研究

硬质合金是一种难加工材料,具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性。为了实现对硬质合金材料的高效精密切削加工,本文以聚晶金刚石(Polycrystalline diamond, PCD)刀具铣削WC-15Co硬质合金为研究对象,基于Bifano切削厚度模型计算出WC-15Co的临界切削厚度,进而与切削参数对应的最大切削厚度比较,初步确定了被加工材料脆性域切削与延性域切削共存的跨域铣削参数范围。在此基础上,通过高速铣削试验,分析了每齿进给量、径向切削深度和切削速度等切削参数对试件已加工表面质量和切削力等的影响,并探讨了其作用机理。结果表明：在跨域铣削参数下,即当切削速度为300 m/min时,控制每齿进给量在11μm/z以内,径向切削深度小于1 mm,可以获得延性域切削表面,此时表面粗糙度小于0.2μm,表面无明显脆性破坏缺陷,材料去除率最高可达到157 mm³/min,显著高于纯延性域切削时的43 mm³/min。     

钛合金TC9正交车铣加工表面粗糙度研究

首先建立了正交车铣工件已加工表面粗糙度的理论模型,分析了主要切削用量对工件表面粗糙度的影响规律。然后采用单因素试验法,进行了正交车铣TC9钛合金的切削试验,研究分析了正交车铣的主要切削用量(如铣刀与工件的转速比、轴向进给量、偏心量等)对已加工表面粗糙度的影响。试验研究表明,已加工表面粗糙度随转速比和偏心量的增加而降低,随轴向进给量的增加而增大;表面粗糙度Ra可以控制在1μm以内,因此正交车铣可以实现回转类零件的精加工。     

微量润滑条件下铣削速度对油雾浓度的影响分析

微量润滑（Minimum quantity lubrication, MQL）切削是现代机加工领域一种先进的准干式切削技术,但微量润滑切削过程中产生的切削油雾仍会影响切削现场的环境空气质量,危害切削场所人员的健康。应用重量分析法对切削现场油雾浓度进行检测,分析了润滑油用量、供气压力、喷射靶距、射流温度等不同微量润滑系统参数下铣削速度对切削现场油雾浓度的影响规律。研究结果表明,随着铣削速度的增大,油雾颗粒与高转速刀具发生激烈碰撞形成二次雾化,造成切削现场油雾浓度PM10与PM2.5均相应增大,但微量润滑系统参数不同,PM10与PM2.5随铣削速度的变化规律亦不相同。     

薄壁零件高速铣削动态切削力

通过微元铣削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,提出了螺旋圆柱铣刀的瞬时切削力模型.在此基础上,采用两自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性的动态铣削力模型.最后通过实际测量数据与模型计算数据的对比,验证了提出的动态铣削力模型的有效性.     

CFRP铣削力建模研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)由于其不均匀性和各向异性的材料特性,在铣削加工过程中容易出现各种缺陷。铣削力建模有助于探究CFRP的铣削力变化规律、优化加工参数,进而减少缺陷的产生。本文基于多元非线性回归的方法,建立了铣削力系数关于4种影响因素(纤维切削角、瞬时未变形切屑厚度、主轴转速和轴向切深)的函数关系。经过单向CFRP铣削力实验和多向CFRP铣削力实验验证,所建模型可以较准确地预测铣削力变化规律。     

立铣空间力学模型分析研究

航空产品大量使用薄壁结构零件，但薄壁零件在加工中由于受力变形易产生让刀现象，造成零件尺寸精度难以保证，为研究其变形机理，建立准确的切削力学模型十分关键。本文在已有文献的基础上，建立了螺旋立铣刀切削的力学模型，并对铣削力的空间分布状态进行了必要的讨论，为进一步研究薄壁零件加工变形奠定了理论基础。     

高温合金螺纹铣削力优化研究

针对高温合金材料的螺纹铣削加工,分析了切削厚度的表达方法,建立了相邻两次走刀形成的截面积的表达方法。在此基础上,研究了高温合金螺纹铣削过程中的铣削力和扭矩,结果表明:螺纹铣削时,铣削力及扭矩与截面积呈正相关。提出了通过使螺纹粗精加工过程中每次走刀的截面积相等,进而优化高温合金螺纹铣削径向切深的加工策略。该策略可有效控制切削力值和扭矩值,这不仅有利于提高刀具寿命和加工精度,亦为制定难加工材料螺纹铣削工艺提供了依据。     

大型内螺纹的数控铣削加工

介绍大型精密内螺纹旋风铣削加工的工艺方法和编程,主要针对螺纹直径为非标准、工件材质过硬且孔数较多的大型精密内螺纹的加工。实践表明,该方法加工效率高,且可严格控制螺纹的精度。     

刀具变形引起的球头铣刀加工误差建模

针对数控加工中刀具变形引起的加工误差问题,以球头刀具为研究对象,通过建立球头刀具铣削力模型和刀具受力引起的变形模型.对球头刀具变形引起的加工误差进行研究,建立球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测模型;在数控加工几何仿真和铣削力仿真的基础上开发了球头铣刀刀具变形引起的加工误差仿真预测功能,并集成到数控加工仿真系统中用于刀具变形引起的加工误差预测.加工验证实验表明所提出的球头铣刀刀具变形引起的加工误差模型预测的可靠性.     

Invar36合金端面铣削力研究

为了研究Invar36端铣过程中切削参数对切削力的影响规律,进行了切削力的单因素实验。对比分析了Invar36与0Cr18Ni9的切削力,研究了切削过程中切削力信号的产生及特征,并对加工过程中的动态切削力进行了频谱分析。分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对切削力的影响规律,建立了切削参数与切削力之间的数学模型。结果表明:刀具坐标系内的径向分力Fr表征了工件对刀具后刀面的挤压作用,单个切削周期内的切向铣削力Ft的峰值超前径向铣削力Fr的峰值。回归模型中的相关系数表明,切削参数对切削力影响的显著性依次为轴向切深、每齿进给量、切削速度。随着轴向切削力的增大,试件表层的Invar36晶粒扭曲程度更加明显,晶粒扭曲深度也随之加深。     

高速铣削及其加工策略探讨

介绍了高速铣削技术的工艺特点及其应用，并就高速铣削的粗加工、半精加工和精加工策略进行了探讨。     

叶轮流道5轴高速铣加工刀轨计算

为适应叶轮流道的高速加工,提出了一种新的端面铣削5轴加工刀轨生成算法。该算法首先提取原加工刀轨面的上下边界边,接着采用5次NURBS曲线拟合此上下边界边,然后顺序地连接上下NURBS曲线的型值点,最终生成了全程C2连续的刀位曲线和空间平滑变化的刀轴矢量,应用于Superm an CAMⅡ原型系统中。经测试,该算法的运行速度已接近于UG,所生成的加工刀轨加工材料为铝合金的叶轮流道,刀具能以转速5 000r/m in以及进给速度600 mm/m in平稳地进行精加工,满足了高速走刀的要求。     

移动机器人铣削制孔系统基准检测

结合航空大部件的数字化对接装配需求,设计了一套用于对接面铣削制孔的移动机器人加工系统,并提出具体的加工工艺流程。研究了基于激光轮廓扫描仪的大量散乱点云数据的预处理算法,提出基于栅格法和迭代拟合法的对接面特征提取算法。针对移动机器人加工系统在大场景下的高精度定位问题,提出基于扫描线法和最小二乘法原理的对接基准孔坐标找正算法。通过产品的加工实验验证,对接面铣削和制孔精度满足系统要求的各项技术指标,证明了本文提出的移动机器人铣削制孔系统的装配对接面加工方法能够精确地完成大部件数字化装配任务,对提高装配质量和效率具有重要意义。