采用半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的新方法

Nomex蜂窝芯材料具有各向异性、弱刚度的特点,是一种典型的难加工材料。为解决传统插切刀具加工Nomex蜂窝芯时存在的排屑困难、切屑侧的压溃面积大等问题,提出一种采用半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的加工方法。设计了一种新型半圆弧形插切刀具,分析了超声作用下半圆弧形插切刀具的运动规律,揭示了超声振动的引入使切削过程由连续切削变为断续切削的机理。开展了半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的试验,分析了振幅与进给速度对切削力与切削质量的影响规律。试验结果表明,半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯可获得良好的加工效果,超声振动的引入可有效降低插切切削力,提高切削表面质量。研究的半圆弧刀具超声插切技术为蜂窝芯零件轮廓边界的高质量加工提供了新的方法。     

钛合金超声振动钻削特性研究

为研究钛合金超声振动钻削的特性,分析工艺参数对切削力的影响,指导工艺参数的选择,进行了钛合金超声振动钻削的正交对比试验。试验表明:超声振动钻削的切削力随振幅增大而减小,随切削速度、钻头顶角和进给速度变化的规律与普通钻削相似,但是相应的变化幅度更大,而且切削力波动更大;一定切削速度范围内,采用较大振幅、较小钻头顶角及较大进给速度,能保证钻削钛合金的加工质量和钻头使用寿命,并提高加工效率,降低加工成本。     

钛合金径向超声振动铣削表面粗糙度研究

为提高钛合金零件加工质量,设计了径向超声振动辅助铣削试验装置,研究了切削速度、切削深度、进给速度和超声振动幅值对钛合金零件表面粗糙度的影响规律.试验结果表明,与普通铣削相比,径向超声振动铣削后工件上的刀痕更加平整、分布更加均匀,材料去除更彻底,有效减少了由于钛合金切屑粘刀造成的表面划痕和积屑瘤等现象.在不同的切削参数下,径向超声振动铣削均可以改善钛合金零件的表面粗糙度,这一点在低速切削时更为明显,而超声振动幅值过大或过小都会影响加工质量.对加工系统的切削力进行了分析,发现超声振动辅助铣削时系统的切削力明显减小,有助于提高加工系统的稳定性,从而能够获得较好的表面质量.     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

双锋角钻头钻削碳纤维增强树脂基复合材料钻孔缺陷的研究

针对碳纤维复合材料钻孔时易产生撕裂、毛刺等缺陷的特点,采用双锋角钻头为研究对象,从横刃、第一主切削刃和第二主切削刃对孔入、出口缺陷的影响和加工参数对撕裂因子的影响规律等方面分析双锋角钻头钻孔特点,并与普通麻花钻进行对比。结果表明:在相同的加工参数下,双锋角钻头双主切削刃加工特点降低了入、出口钻削轴向力,有效抑制了入、出口撕裂、毛刺等缺陷产生,更适合于钻削碳纤维复合材料。主轴转速增大有利于减小撕裂因子,随着进给速度的增加撕裂因子呈增大的趋势。采用多元线性回归方法建立了试验两种钻头钻孔入、出口的撕裂因子与加工参数之间的回归预测模型。     

镗削碳纤维复合材料时切削用量对切削力及孔出口撕裂的影响

采用PCD刀具对碳纤维复合材料(CFRP)进行了镗削加工试验,分析了切削用量对切削力、孔出口撕裂因子(撕裂值与孔直径的比值)的影响规律.试验结果表明,三向切削力随背吃刀量、进给量、切削速率的增大而增大.经分析认为,切削速率的增大引起待加工材料的屈服应力增大.由于刀尖圆弧半径较大,试验中出现背向力大于主切削力的现象;撕裂因子与背吃刀量基本无关;进给量与撕裂因子呈线性正相关;当切削速率增大时撕裂因子呈减小趋势,并且减小到一定程度后基本不变;采用PCD刀具镗削加工该材料能够有效地减小孔出口撕裂程度.     

高韧性芳纶纤维铣削表面质量和铣削力

文摘芳纶纤维复合材料(AFRP)在铣削过程中会产生毛边、起毛、撕裂等缺陷,严重影响材料的装配使用。为解决上述问题对刀具结构、主轴转速、进给速度进行正交实验,从铣削力、铣削表面粗糙度以及铣削表面缺陷等方面研究铣削参数和刀具结构对芳纶纤维复合材料铣削表面质量的影响规律。实验结果表明:主轴转速和进给速度对铣削表面粗糙度和铣削力有显著影响,使用鱼鳞铣刀铣削的表面粗糙度比普通四刃立铣刀的表面粗糙度降低28%,并且毛边宽度较小,铣削表面质量最好,更适合于AFRP的铣削加工。     

飞机结构件内型转角一体加工刀轨生成方法

针对飞机结构件内型转角传统的分开加工易产生接刀痕以及转角处进给方向和刀具接触角急剧变化引起的切削力增大和刀具振动增强的问题,提出了飞机结构件内型转角一体加工工艺及其刀轨生成方法。该方法对内型和转角进行组合加工,首先计算满足接触角均匀变化的精加工所需余量和精加工刀轨,以及后续刀轨加工区域;其次在后续加工转角时通过采用最大和恒定接触角相结合的原则,循环分层加工转角,改善了加工状况。在刀轨连接处使用变螺旋曲线,保证了曲率的连续变化,减小了机床振动。切削实验表明:该刀轨改善了加工过程中的切削力和刀具振动,提高了工件表面的加工质量。     

振幅对低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料的影响

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)和钛合金组成的叠层材料因其出色的性能被广泛应用在航空航天领域。但两种材料的加工性能差异较大,在叠层材料一体化制孔过程中,CFRP制孔表面极易受到钛合金切屑排出的影响,出现入口撕裂、孔壁划伤等缺陷。为提高叠层材料制孔质量,通过低频振动钻削与传统钻削的对比试验,研究了刀具不同振幅(A=0μm、20μm、40μm、60μm)参数对切削力、切削温度及制孔质量等的影响。结果发现:钻削平均轴向力随着振幅增大而减小,而最大钻削轴向力增大。低频振动钻削较传统钻削加工温度有所下降。振动钻削对分层缺陷没有改善,且有增大缺陷的趋势,但对CFRP孔壁质量有明显改善。     

旋转超声振动端面磨削CFRP表面质量研究

以多向层铺树脂基碳纤维增强复合材料为研究对象,采用超声振动磨削和普通磨削对其表面加工质量进行了端面磨削试验研究.通过正交试验和单因素试验分析了各工艺参数对工件表面质量的影响规律,并由表面粗糙度及微观形貌进一步分析了磨削机理.试验结果表明:在超声磨削过程中提高主轴转速、减小进给速度,同时采用合适的切削深度和工具粒度,有助于获得高质量的加工表面;超声振动磨削和普通磨削后,工件表面均存在纤维丝断裂、剥离和凹坑等缺陷,超声振动磨削后的加工缺陷出现的程度和概率均较低,表面加工质量较好.     

旋转超声钻削碳纤维复合材料钻削力和扭矩的研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工过程中的问题,对金刚石套料钻旋转超声钻削CFRP-T700型复合材料展开了研究。研究发现,钻削力随主轴转速的增加具有减小的趋势,而扭矩则随着主轴转速的增加,呈现增大的趋势;与传统加工相比,旋转超声振动钻削可降低切削力及扭矩达56.6%和39.1%,有效抑制加工缺陷的产生。初步建立了切削力和扭矩之间的数学模型,并通过试验对切削力和扭矩之间的比例常数k加以验证。研究结果表明,旋转超声钻削CFRP在降低切削力和扭矩方面有较大优势。     

中低速数控铣削参数优化技术研究及应用

采用平均铣削力系数模型对数控加工过程中的铣削力进行仿真预测.在此基础上,综合考虑数控加工过程中机床、刀具以及工件3方面限制加工效率的因素,对主轴转速、进给速度、径向切宽以及轴向切深4个参数进行优化.利用VC与Matlab编程,开发了"中低速数控铣削过程力学仿真与参数优化系统".针对航空难加工材料GH4169,在SandviK推荐参数基础上进行仿真优化.结果表明,基于力学仿真的数控铣削参数优化技术在难加工材料加工中可提高加工效率12%～378%.     

Research on Ultrasonic Vibration Grinding of the Hard and Brittle Materials

It is well known that grinding techniques are main methods to machine hard and brittle materials such as engineering ceramics. But the conventional grinding has many shortcomings such as poorer surface finish,quicker wear and tear of grinding tools,lower effi-ciency and so on. Ultrasonic vibration grinding (UVG) which combines ultrasonic machining and grinding emerged as a developing and promising technique in recent years. In this paper,experimental studies on UVG were conducted on several kinds of hard and brittle material by altering processing parameters such as vibration frequency and its amplitude,diamond abrasive grit size,cutting depth,feeding speed and rotary speed of tools. The experimental results show that alteration in any of above mentioned parameters will bring effects on the processed surface finish of these materials. Of them,the diamond abrasive grit size has the greatest. Moreover,conven-tional grinding experiments were also carried out on these materials. By comparison,it was found that the UVG is superior to the con-ventional method in terms of the ground surface quality,the working efficiency and the wear rate of tools.     

工艺参数对SiC单晶片切割表面质量的影响

SiC单晶片表面质量对其后续半导体器件的制造有很大影响,但其材料的高硬度和高脆性,使切片过程变得非常困难。本文在往复式电镀金刚石线切割装置上采用单因素和正交法进行了SiC单晶切割实验,研究了工件转速、线锯速率、工件进给速率、线锯磨损对晶片表面粗糙度的影响规律以及三维形貌特点。结果表明:附加工件旋转运动,晶片表面质量提高,划痕减少、深度变浅;线速增大、工件旋转速率增大或工件进给速率减小,表面粗糙度值减小;线锯磨损晶片表面粗糙度值增大。相对线速和线锯磨损,工件转速和工件进给速率对晶片表面质量及粗糙度的影响更大。应在综合考虑效率和线锯损耗的基础上合理确定切割参数,尤其是工件进给速率。     

Mechanistic identification of cutting force coefficients in bull-nose milling process

An improved method to determine cutting force coefficients for bull-nose cutters is proposed based on the semi-mechanistic cutting force model. Due to variations of cutting speed along the tool axis in bull-nose milling, they affect coefficients significantly and may bring remarkable discrepancies in the prediction of cutting forces. Firstly, the bull-nose cutter is regarded as a finite number of axial discs piled up along the tool axis, and the rigid cutting force model is exerted. Then through discretization along cutting edges, the cutting force related to each element is recalculated, which equals to differential force value between the current and previous elements. In addition, coefficient identification adopts the cubic polynomial fitting method with the slice elevation as its horizontal axis. By calculating relations of cutting speed and cutting depth, the influences of speed variations on cutting force can be derived. Thereby, several tests are conducted to calibrate the coefficients using the improved method, which are applied to later force predictions. Eventually, experimental evaluations are discussed to verify the effectiveness. Compared to the conventional method, the results are more accurate and show satisfactory consistency with the simulations. For further applications, the method is instructive to predict the cutting forces in bull-nose milling with lead or tilt angles and can be extended to the selection of cutting parameters.     

CFRP定心内齿槽的加工

以CFRP复合构件为研究对象,采用横刃减小的成形刀片对复合构件孔内定心齿槽进行加工试验,分析刀片横刃大小与走刀路径对切削力的影响规律。结果表明:刀片横刃的减小有利于切削力的降低,但横刃减小到0.5 mm时,切削力减小的趋势变缓;采用横刃为0.5 mm的刀片沿着齿槽轮廓一次进给完成齿槽加工的走刀方式,其单齿加工时间较短、切削力较小、加工质量较好,该种齿槽加工方案较为合理。     

旋转条件下切割SiC 单晶片实验研究

通过旋转条件下切割SiC单晶片,分析了切片表面微观形貌特点,研究了线锯速度、工件进给速度和工件转速对切片表面粗糙度与切向锯切力的影响规律。结果表明:增加工件旋转,切片表面平整光滑,沿线锯运动方向没有明显沟槽及凸起,质量明显得到改善;当转速由0增加到12 r/min时,切片表面粗糙度由1.532μm降到0.513μm;线锯速度和工件旋转速度增大、工件进给速度减小,切向锯切力减小,表面粗糙度减小。当线锯速度和工件旋转速度过大,切向锯切力和表面粗糙度反而会有所增加。     

CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析

为探索碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系,建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型,并对该模型进行了实验验证。基于该模型,分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。仿真结果表明:纤维方向角从0°增大到90°,切削力呈现降低趋势,而纤维方向角从90°增大到180°,切削力呈现增大趋势。随着切削速度和每齿进给量的增大,切削力随之增大,而随着刀具前角增大,切削力随之减小。