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。     

TiN涂层刀具高速铣削铝衬PCB的刀具磨损规律

采用单因素实验比较了不同切削条件下,高速铣削铝衬PCB的TiN涂层立铣刀后刀面磨损VB值的变化。研究冷却方式、主轴转速、每齿进给量对刀具磨损的影响规律。在金相显微镜下观察刀具磨损形貌和分布,发现前刀面上有大量粘结物,并极易产生积屑瘤;而切削路程超过2 000mm时,加工表面质量严重下降,铜箔翻边。     

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。     

低温铣削T800 CFRP多向层合板的刀具磨损研究

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced plastics， CFRP）因其高强度比以及优秀的耐腐蚀等优异性能在航空航天、汽车等领域得到广泛应用。然而，由于CFRP材料的非均质性和各向异性，其加工过程相较传统均质材料更为复杂，导致刀具磨损严重。针对这一问题，本文选用PCD立铣刀对T800 CFRP多向层合板材料进行低温铣削试验，研究了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度等对PCD刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明，随着切削速度和每齿进给量的增大，刀具后刀面磨损带宽VB呈下降趋势，切削介质温度为-50 ℃时能够得到较小的刀具后刀面磨损带宽。此外，通过MATLAB对试验结果进行了非线性拟合，获得了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度与刀具后刀面磨损带宽的映射关系经验模型，为T800 CFRP材料铣削刀具磨损抑制和延长刀具寿命提供了关键支撑数据。     

C/SiC复合材料铣削表面完整性研究

采用PCD刀具进行了C/SiC复合材料的铣削加工实验,通过观察加工表面/亚表面损伤,分析了C/SiC复合材料铣削加工表面形成机制,并结合切削力讨论了铣削参数对加工表面形貌和粗糙度的影响。研究结果表明,C/SiC材料以脆性断裂方式实现去除;加工表面存在纤维的层状脆断、拔出和纤维束断裂等现象;碳纤维区域粗糙度随铣削参数的变化规律与表面微观形貌基本一致;提高切削速度能改善表面质量,增大切深会使表面质量严重恶化,每齿进给量对表面质量影响较小。     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

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。     

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%.     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

精密加工中切削方向毛刺生成机理的研究(英文)

金属切削毛刺是切削加工中产生的常见现象之一。本研究以金属切削实验为基础 ,对二维精密切削中切削方向毛刺的形成过程、主要影响因素及其变化规律进行了系统的实验研究和相应的理论分析 ,结果表明 :( 1 )切削方向毛刺形成过程为正常切削、挠曲变形、弹性效应、继续切削和剪切断裂分离 ;( 2 )发现了切削方向毛刺形成过程中的切屑与工件表面剪切断裂分离的特殊现象 ;( 3)切削方向毛刺尺寸和形态随着切削条件和刀具几何参数的变化而变化。     

钛合金微织构表面仿真及其摩擦性能实验研究

采用Matlab软件建立钛合金超声椭圆辅助车削表面微织构仿真模型。分析了超声椭圆振动辅助车削参数对微织构形貌的影响规律。设计了钛合金超声椭圆振动辅助车削表面微织构实验。利用自制摩擦实验装置获得微织构表面动摩擦系数。分析了进给速率、切削速度对微织构表面摩擦性能的影响。结果表明,随着进给速率的增大微织构表面动摩擦系数增大,而随着切削速度的增大微织构表面动摩擦系数降低。为了获得具有良好摩擦性能的微织构表面,超声椭圆振动辅助车削表面微织构过程中应该采用较低的进给速率、较高的切削速度。同时,相同切削参数获得的微织构表面在摩擦磨损实验中随着摩擦主轴转速的增大摩擦系数增大。因此,为了发挥微织构表面的性能,应该尽可能降低摩擦副之间的相对转速。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

刀具螺旋角对高速铣削系统稳定性的影响

考虑铣刀螺旋角的影响,将刀齿的切削过程划分为连续,切入和切出3个过程,建立了高速铣削系统的动力学模型。运用半离散估计技术,将无限维特征值稳定性判定问题转化为有限维Floquet变换矩阵特征乘子稳定性判定问题,判定了系统的稳定性,获得了系统的稳定性极限图。结果显示,在考虑刀具螺旋角影响的情况下,铣削系统稳定性极限较传统情况有所增大,出现了类似“岛”的结构,其位置由轴向切削深度和螺旋齿距的关系决定,且由于切削刀齿切入、切出过程的影响,“岛”不是孤立的,而是有稳定性“桥”连接。理论结果通过铣削实验进行了验证。     

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。     

液滴碰撞超声振动曲面的实验研究

通过实验研究了超声振动曲面上液滴碰撞的动力学行为。对边缘飞溅、表面飞溅以及毛细波、空化和子液滴回弹等复杂物理现象的产生机理和条件进行了分析，得到了超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界曲线，并发现由于气动力的作用，超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界超声振幅要小于平面情况。利用图像处理技术得到了不同条件下超声振动曲面对碰撞液滴的驱离效率以及飞溅液滴的尺寸分布。实验结果表明:碰撞液滴的驱离效率随振动曲面超声振幅的增大而增大，且呈线性增长；在高速碰撞中，碰撞速度几乎不影响超声振动曲面的液滴驱离效率；随着超声振幅的增加，飞溅液滴的平均尺寸增加。通过常温液滴与过冷液滴的碰撞实验对比，发现温度对超声振动曲面上液滴的动态碰撞过程影响较小。在过冷条件下，液滴驱离效率会略低于常温条件下，但仍能够持续有效地将液滴驱离表面，从而抑制冰层的增厚，说明超声振动曲面具有防水防冰的应用潜能。