高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。     

弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的动力学分析

以弧面分度凸轮廓形铣削加工系统的分析与简化为基础,建立了动力学模型,利用M atlab6.0对加工系统进行了动力学仿真与分析。在凸轮切削加工过程中,振动最强烈的区域发生在切入阶段和切出阶段;与凸轮非分度区廓形加工相对应的扭振振幅小且稳定;切削用量对加工系统的动力学响应有明显的影响,工件进给速度、刀具轴向最大切削深度越小,系统的振动越弱,刀具(主轴)转速提高,工件子系统振动减弱,刀具子系统的振动增强;生产效率相同时,刀具轴向最大切削深度减小,更能有效地减弱切削加工系统的振动。     

置氢钛合金TC4的切削加工性研究

采用热氢处理技术在800℃下对Ti-6Al-4V钛合金进行了置氢处理,并利用硬质合金刀具对不同置氢量钛合金开展了车削试验研究.重点研究了置氢处理对切削力、切削温度以及刀具磨损的影响.结果表明:在给定的试验条件下,随着王氢量的增加,切削力、切削温度、刀具后刀面磨损量均呈现先降低、后升高的变化趋势;主切削力最大降幅为11%,切削温度最大降幅为80℃,后刀面平均磨损量减小了1倍;明显改善Ti-6Al-4V钛合金切削加工性,其置氩量范围为0.16%～0.37%,其中最佳置氢量为0.26%.     

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。     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

小直径平底铣刀铣削淬硬钢实验研究

淬硬钢以其优良的特性在模具行业中得到广泛的应用。但是在淬硬钢铣削过程中,其本身固有的极差的切削性能使得刀具磨损、破损非常严重,特别在小直径铣刀加工淬硬钢时影响更为突出。文中通过采用直径为2mm的TiAlN涂层硬质合金铣刀对S136淬硬模具钢进行中高速干式切削实验,分析了小直径涂层铣刀切削淬硬钢时切削速度、进给速度和切削深度对切削力的影响规律;提出在提高单位时间材料去除率并且要求切削力尽可能低的情况下,采取提高切削速度的策略要优于增加每齿进给量的策略;通过SEM观察刀具失效形态分别为刀尖破损、侧刃微崩、涂层烧伤与脱落和疲劳裂纹。为小直径铣刀的应用提供理论依据。     

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。     

飞机结构件槽特征加工摆线螺旋复合刀轨生成方法

针对飞机结构件槽特征传统的单/双向折线或环切加工时刀具的切削力大、刀轨存在尖点、加工方向突变、容易引起刀具振动等问题,提出了飞机槽特征摆线螺旋复合刀轨生成算法。该方法采用摆线铣对飞机结构件槽特征进行开槽,避免了第一刀满刀加工,降低了进刀切削力;采用螺旋刀轨进行飞机结构件槽特征腹板面的加工,减小了机床的震颤,增加了刀轨的平稳性;在转角处采用转角循环铣加工刀轨改善了转角的切削力状况。同时在刀轨连接处采用变螺旋曲线进行过渡,保证了曲率的连续变化。切削实验表明,该刀轨改善了飞机结构件槽特征加工过程中的切削力和刀具振动,提高了工件表面加工质量。     

钛合金EJM加工中超声辅助作用研究

本文致力于研究钛合金在应用超声辅助（UA）进行电解液喷射加工（EJM）时的表现。钛合金进行EJM加工时,工件表面易生成钝化层进而导致加工效率降低。本文分别对应用氯化钠（NaCl）电解液和硝酸钠（NaNO3）电解液的超声辅助钛合金EJM加工效果进行研究,通过分析比较常规EJM加工以及功率一定,频率分别为25,68,135kHz的三种超声辅助EJM加工所得钛合金样槽的表面氧化物百分比、深宽比、表面粗糙度和微观形貌,论证了UA在钛合金EJM加工中的具体作用,为改进钛合金EJM加工的质量与效率提供了新的思路与方法。     

三维网格动态细化技术在切削仿真中的应用

为解决切削加工有限元仿真模型求解速度与精度难以平衡的问题，提出了一种适用于三维有限元模型的网格动态细化算法。该算法的主要功能包括网格细化区域判断、网格细化以及新旧网格物理场传递。采用Python语言对Abaqus软件进行二次开发，将该算法应用于Ti2AlNb钛合金车削加工仿真之中，并最终通过实验验证了仿真模型的准确性。与采用局部网格细化的仿真模型计算结果对比，采用网格动态细化技术的仿真模型求解切削力误差增加了7.3%，求解最大应力误差增加0.2%，求解速度提升174.2%。实现了在保证仿真计算精度的基础上，有效提高运算速度。     

高速立铣加工中切削温度的测量

介绍了一种用常规的自然热电偶和标准热电偶方法实现高速加工过程中切削温度的直接接触式测量的计算机辅助测温系统。它采用自然热电偶测量刀一工界面温度,采用夹丝热电偶测温技术对工件表面和体内温度分布进行直接接触式测量。该方法可以应用于刀具旋转的切削加工中(例如立钻、立铣)测量切削温度,并已在高速立铣淬硬钢研究中得到应用。     

难加工材料高速切削

介绍了刀具陶瓷的发展、性能、切削特点，以及对提高切削加工技术的作用。重点分析了陶瓷刀具在切削淬火钢和镍基高温合金中有关切削力、切削温度、刀具磨损等方面的机理。研究表明陶瓷刀具可用于淬火钢和镍基合金的高速切削。     

弱刚度零件的超声波椭圆振动切削加工

根据弱刚度零件端面切削实验,研究了超声波椭圆振动切削对弱刚度零件的切削效果。与没加超声波椭圆振动的普通切削相比,超声波椭圆振动切削能显著地提高已加工表面光洁度和抑制颤振。并且基于超声波椭圆振动切削特性,分析了超声波椭圆振动切削对绝对稳定切削刚度的影响,结果表明:由于刀具前刀面与切屑之间的分离特性和摩擦力方向反转特性共同作用,增大了绝对稳定切削刚度,增强了抗颤振能力,提高了弱刚度零件表面的加工质量。     

纵振型超声振子的设计与有限元分析

利用压电陶瓷的逆压电效应,依据夹心式压电超声换能器的设计理论,设计了一款可用于旋转超声铣削加工的纵振型超声振子。采用PZFLex仿真软件对影响超声振子谐振频率的因素进行了仿真研究,结果表明:超声振子谐振频率随刀具有效长度和过渡圆柱长度的增加而减小,随预紧螺栓长度和后端盖孔深度的增加而增大。根据仿真结果加工了纵振型超声振子,并对振子进行阻抗分析,测得其谐振频率为17.41 kHz,实物测得的谐振频率与仿真模型中预测的误差为5.763 6%。最后,基于实物测得的谐振频率,在200 V电压激励下测得振子输出的纵向振幅为2.016μm,可以满足旋转超声铣削加工的要求,从而验证了模型的有效性,为超声振子的进一步优化设计提供依据。     

用于高硬度模具钢SKD11的铣刀几何角度优化及试验

在切削淬硬模具钢SKD11中,为开发和选用与生产条件相匹配的具备优化几何角度的高性能铣刀,对专用于高硬度模具钢SKD11铣刀的几何角度进行了优化及试验分析.设计了4类不同几何结构的TiAlN复合涂层铣刀.从切削力、切削振动、切削变形、铣刀耐用度以及铣刀磨损机理等方面对这4类铣刀高速铣削SKD11过程进行了研究,综合评价其铣削性能,确定了在常用的高速加工生产条件下的优化铣刀.所选择的优化槽形铣刀具的寿命比之其他刀具延长3倍,在切削力和切削振动方面,该刀具具有最稳定的表现,而且大小较其他刀具下降70%.     

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。     

钛合金车削和模拟拉削的切削温度试验研究

在钛合金车削和拉削加工过程中,对切削温度进行试验研究有着十分重要的意义。本文介绍了进行车削和模拟拉削时,测定变形区平均切削温度的自然热电偶法,并介绍了消除附加电动势的方法和热电偶电动势的标定装置,给出了各种刀具材料和工件材料组合的温差电动势标定曲线。本文就切削用量(v、s、t)、工件材料和力具材料对平均切削温度的影响进行了试验研究,并对结果作了分析,这将有助于正确选择合理的切削条件和刀具材料。     

数控车削中净去除材料比能预测模型（英文）

建立了基于车削参数和刀具磨损的数控车削中净去除材料比能预测模型,可在车削加工前预测计算净去除材料能耗。在AISI 1045钢车削试验中验证了该模型的预测精度。对比试验表明,该模型因为考虑了刀具磨损的影响,所以预测精度显著提高。最后研究了车削参数和刀具磨损对净去除材料比能的影响。随着背吃刀量增加,净去除材料比能降低。主轴转速增加,使得数控车床主传动系统附加载荷损耗功率增加,所以净去除材料比能增加。净去除材料比能随着刀具逐渐磨损近似呈线性增大。研究结果有助于制定高效节能的数控车削加工方案,实现低碳制造。