复杂槽型刀片车削时表面残余应力有限元仿真与试验

针对复杂槽型车刀片对残余应力分布的影响进行有限元仿真,得到前角及涂层对残余应力的影响规律;通过切削试验分析了切削参数和刀具参数对切削力和切削温度的影响作用,进而研究了槽型和涂层对残余应力的影响规律.研究结果表明:涂层刀具减少了已加工表面的残余拉应力;轴向和切向残余应力是拉应力,且切向残余应力大于轴向残余应力.     

高速端面铣削加工引入残余压应力场的试验研究

为研究高速铣削加工表面残余应力分布,在统计试验设计指导下,使用X射线衍射/电解抛光方法对试样表层、次表层残余应力分布进行测量,得出残余应力分布曲线经验预报公式,探讨切削参数对残余压应力场特征指标的影响规律。研究结果表明,合理的高速切削工艺将在加工表面内引入类似喷丸强化效果的残余压应力场;(3,1)有理式模型与三阶多项式模型是描述高速铣削引入残余应力分布曲线的有效拟合公式;高速切削工艺参数对加工表面残余应力场的产生有直接影响,每齿进给量是决定残余压应力分布的关键因素,每齿进给量的变化将引起残余应力场形成机理的改变。     

刨削加工残余应力的研究

分析了板类零件刨削加工残余应力的产生原因;研究了切削条件对刨削加工残余应力及其分布的影响规律;探讨了刨削加工残余应力的调整.     

碳/ 碳复合材料机械加工残余应力实验研究与规律分析

采用适宜于测试复合材料的残余应力测试方法——钻孔法,通过二次通用旋转组合设计实验,采用电镀金刚石刀具铣磨加工碳/碳复合材料,选取切削深度、切削宽度、切削速率、进给量四个因素进行实验.实验结果分析表明,回归得到基于二次多项式的数学模型,进一步分析了残余应力随各加工参数的变化规律,整体寻优得到了残余应力的极值.研究表明,铣磨加工碳/碳复合材料,残余应力皆为压应力.伴随着切削速率的增长,残余应力存在渐进值.本次实验中,残余应力趋于-16 MPa稳定.伴随着切削宽度、切削深度、进给量的增大,机械加工残余应力表现为先增大后减小(压应力即残余应力的绝对值先减小后增大).本次实验中,各加工参数的变化分界点分别为:切削宽度aw=6mm;切削深度ap=0.5 mm;进给量f=200 mm/min .     

硬态切削表面残余应力分析研究

以轴承钢GCr15为研究对象,根据热-弹塑性有限元理论,建立了热力耦合的二维正交硬态切削模型。根据硬态切削的特点,在硬态切削有限元模型中设置了未预先设置分离线的点面接触并选择了Johnson-Cook材料本构模型,通过有限元分析计算,得到了不同切削参数和刀具几何参数条件下已加工表面残余应力的模拟结果。对结果进行比较分析得出,最大压残余应力出现在工件表面,沿着深度的增加工件内部的残余应力由残余压应力转化为残余拉应力,并逐渐趋向于零。这对于控制和提高硬态切削工件表面质量具有重要的理论指导意义。     

分层切削加工有限元仿真分析

采用有限元分析方法,利用有限元增量理论,建立了二维金属切削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,模拟了金属分层切削加工过程.得到了每次切削加工的切削力、工件变形和加工后已加工表面的残余应力的大小以及分布状况,并进行了分析.     

激光辅助高速车削镍基合金GH4169表面质量研究

通过激光加热辅助车削镍基合金GH4169实验,研究激光功率、切削参数等对加工表面质量和切削过程中刀具磨损的影响。实验结果显示:与普通车削相比,激光辅助切削能够改善刀具后刀面磨损情况。激光辅助车削条件下,车削表面粗糙度优于普通切削,并在切削速度为166 m/min时获得最佳值0.467μm。在常规车削和激光辅助车削条件下,车削表面在进给方向上的残余应力均为拉应力,并且激光辅助车削表面产生的残余拉应力都高于常规车削,伴随着激光功率的增加,表面残余应力也逐渐增大。     

刀具磨损对TC11铣削表面粗糙度与残余应力的影响

为了研究TC11钛合金铣削加工过程中刀具磨损对加工表面质量的影响规律,设计了刀具磨损与铣削表面粗糙度、表面残余应力的试验。结果表明:TC11钛合金铣削加工过程中的刀具磨损可以分为:初期磨损、正常磨损、剧烈磨损三个阶段。当刀具处于"初期磨损"时,TC11铣削表面粗糙度随切削时间逐渐减小,铣削表面残余应力也呈减小趋势;当刀具处于"正常磨损"阶段时,铣削表面粗糙度和铣削表面残余应力都呈增加趋势,但增加的速度平稳;当刀具进入"剧烈磨损"阶段时,铣削表面粗糙度迅速增大,表面残余应力也较前两个阶段显著增加。另外,试验过程中的TC11铣削表面残余应力均表现为压应力。     

TC4钛合金盘铣开槽加工残余应力

整体叶盘盘铣开槽加工过程中铣削力大,铣削温度高,会在加工表面表成较深的残余应力层,对零件的疲劳寿命造成严重影响。为提高零件的疲劳寿命,本文以钛合金试块为研究对象,利用残余应力测试分析系统测量表面残余应力,利用拨层法测量次表面的残余应力,采用线性回归技术建立残余应力预测模型,并利用极差分析法分析工艺参数对残余应力的影响规律。试验结果表明:盘铣表面均为压应力,且轮毂面上的残余应力大于叶盆叶背面上的残余应力,均由挤光效应引起;回归预测模型的显著性水平为0. 01,其回归效果良好;各因素对σAx、σAy(σAx、σAy分别表示轮毂面x、y方向残余应力)的影响程度依次为主轴转速>进给速度>切削深度;对σBx(σBx表示叶盆叶背面x方向上的残余应力)的影响程度依次为主轴转速>切削深度>进给速度;残余应力纵向均为压应力,轮毂面上的分布深度为230~270μm,叶盆叶背面上的分布深度为170~175μm。     

车削与磨削GH33A高温合金表面完整性研究

本文系统研究了车削和磨削GH33A高温合金的表面粗糙度、残余应力和加工硬化的形成特点,以及切削参数的影响和高温下表面质量的变化规律;提出了为了达到良好的表面完整性状态所应控制的加工参数。     

铣削加工透波性Si3N4陶瓷表面质量研究

为了探索透波性Si3N4陶瓷铣削中加工表面创成机理及加工工艺参数对其影响规律,对加工表面形貌和边缘破损特征,以及加工参数与切削力、表面粗糙度、边缘破损的映射关系等开展了试验研究。首先对加工表面形貌进行了分析,由于存在陶瓷粉末去除和破碎性颗粒去除两种形式,造成加工表面形貌结构一种体现为变化平缓,而另一种包含微裂纹、层状结构体等,且存在凹坑、沟槽等缺陷。其次研究了边缘破损形式及产生机理,当刀具运动到出口棱边处,刀尖应力集中处将产生微裂纹,并向工件侧面扩展,从而在加工表面和加工侧面诱导形成边缘破损。最后基于均匀设计试验,分析了工艺条件对加工性能的影响。结果表明:随着切削深度从0. 2增加到0. 5 mm和切削宽度从1增加到4 mm时,x轴切削力呈耦合增长,y轴切削力呈二次方增长;当切削深度和切削宽度分别为0. 2 mm和1 mm、进给速度为500 mm/min时,加工表面粗糙度值最小;转速为2 000 r/min、切削深度和切削宽度最小时,边缘破损幅值最小。此结果可为提高透波性Si3N4陶瓷铣削加工质量提供技术支撑。     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。     

复合材料后加工技术的研究现状及发展趋势

分析了国内外复合材料后加工技术的研究现状和发展趋势,重点阐述了复合材料切削力和切削温度、切削刀具材料及结构、特种加工技术、表面质量评价技术研究等方面的研究成果,同时提出了建议。     

Machinability of γ-TiAl: A review

Owing to its outstanding mechanical properties, γ-TiAl is desirable materials for crossgeneration aero-engines. Nearly 70 years of exploration have made it into the initial application.However, the intrinsic brittleness of γ-TiAl is still a critical obstacle to its large-scale applications.In this context, researchers have made many attempts to study the machinability of γ-TiAl. At present, existing relevant reviews have mostly discussed the processing methods of γ-TiAl. Hence, there is still a ...     

Elliptical vibration cutting of large-size thin-walled curved surface parts of pure iron by using diamond tool with active cutting edge shift

Large-size thin-walled curved surface parts of pure iron are crucial in aerospace, national defense, energy and precision physical experiments. However, the high machining accuracy and surface quality are difficult to achieve due to the serious tool wear and deformation when machining the parts with conventional cutting tools. In this paper, an elliptical vibration cutting (EVC) with active cutting edge shift (ACES) based on a long arbor vibration device is proposed for ultra-precision machining the pure iron parts by using diamond tool. Compared with cutting at a fixed cutting edge, the influence of ACES on the EVC was analyzed. Experiments in EVC of pure iron with ACES were conducted. The evolutions of the surface roughness, surface topography, and chip morphology with tool wear in EVC with ACES are revealed. The reasonable parameters of ultra-precision machining the pure iron parts by EVC with ACES were determined. It shows that the ACES has a slight influence on the machined surface roughness and surface topography. The diamond tool life can be significantly prolonged in EVC of pure iron with ACES than that with a fixed cutting edge, so that high profile accuracy and surface quality could be obtained even at higher nominal cutting speed. A typical thin-walled curved surface pure iron part with diameter ∅240 mm, height 122 mm, and wall thickness 2 mm was fabricated by the presented method, and its profile error and surface roughness achieved PV 2.2 μm and Ra less than 50 nm, respectively.     

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。     

Weakening of the anisotropy of surface roughness in ultra-precision turning of single-crystal silicon

Ultra-precision machining causes materials to undergo a greatly strained deformation process in a short period of time.The effect of shear strain rates on machining quality, in particular on surface anisotropy, is a topic deserving of research that has thus far been overlooked.This study analyzes the impact of the strain rate during the ultra-precision turning of single-crystal silicon on the anisotropy of surface roughness.Focusing on the establishment of cutting models considering the tool rake angle and the edge radius, this is the first research that takes into account the strain rate dislocation emission criteria in studying the effects of the edge radius, the cutting speed, and the cutting thickness on the plastic deformation of single-crystal silicon.The results of this study show that the uses of a smaller edge radius, faster cutting speeds, and a reduced cutting thickness can result in optimally uniform surface roughness, while the use of a very sharp cutting tool is essential when operating with smaller cutting thicknesses.A further finding is that insufficient plastic deformation is the major cause of increased surface roughness in the ultra-precision turning of brittle materials.On this basis, we propose that the capacity of single-crystal silicon to emit dislocations be improved as much as possible before brittle fracture occurs, thereby promoting plastic deformation and minimizing the anisotropy of surface roughness in the machined workpiece.     

基于最小加工表面裂纹的TiAl合金铣削参数优化

TiAl合金以其优异的性能被广泛应用于航空、航天制造领域,但由于TiAl合金自身的物理、化学特性,导致其切削性能较差,加工过程中容易出现工件表面烧伤、表面微裂纹等问题。为了研究TiAl合金铣削加工过程中切削工艺参数对加工表面裂纹的影响规律,设计了TiAl合金切削参数与加工表面裂纹之间的正交试验。结果表明:切削速度对TiAl合金铣削表面裂纹的影响最大,其次是切削深度和切削宽度,每齿进给量对表面裂纹的影响最小。基于遗传算法,以表面裂纹长度为目标函数,优化得到的最优参数组合为:ae=0. 2 mm、ap=0. 2003 mm/z、fz=0. 02001 mm/z、vc=20. 0004 m/min。采用优化后的参数铣削TiAl合金,发现工件表面的实际加工裂纹长度和经过算法优化的裂纹长度相差较小,该优化方法可行性较高,误差较小。     

涂层刀具低温铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究

在加工过程中,相反的两相特性增加了SiC_p/Al复合材料加工难度,难以获得良好的表面质量。层和TiAlSiN涂层两种铣刀的切削性能。结果表明,在低温条件下,两种刀具的切削力增加,铣削后表面铝基体的开裂及剥落等缺陷均显著改善,加工表面损伤减小且粗糙度降低,低温铣削能获得更好的表面质量。此外,在常温与低温条件下TiAlSiN涂层比TiAlN涂层铣刀的切削力小,低温条件下TiAlSiN涂层铣刀表面完整性和切屑形貌优于TiAlN涂层铣刀。     

PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析

近些年来,航空制造业的巨大进步推动了高温合金,特别是镍基高温合金的高速发展。高温合金材料的难加工问题是目前制造业的难点,其在切削过程中存在切削力大、切削温度高等现象,直接影响到工件加工表面质量和刀具使用寿命等,因此对切削力进行测量和分析是研究高温合金切削加工的有效途径。探究PCBN刀具切削高温合金切削力变化规律,首先阐述高温合金的材料特性及加工特点;其次设计并进行单因素和正交试验,探讨负倒棱对切削力的作用和影响规律,建立切削高温合金切削力预测模型;最后实现预测模型的优化,并与试验数据对比验证,为高温合金工艺参数优化起到参考和借鉴作用。