微织构刀具切削钛合金的研究进展

针对钛合金切削加工过程中切削力大、切削温度高和刀具磨损严重等问题,近年学者们尝试采用微织构刀具来解决。本文综述了微织构刀具在钛合金切削加工中的应用,分析了微织构刀具在改善表面质量,降低切削力、刀具磨损、摩擦因数和切削温度等方面的切削机理,并指出微织构刀具切削钛合金存在的问题。     

碳纤维复合材料切边加工实验研究

通过实验研究了不同切削用量下刀具的磨损规律,建立了刀具切削长度与切削用量之间的关系模型,并获得了切削力随刀具切削路程单调递增变化的规律,优选出了一组刀具寿命较长的切边参数。同时,还针对铣削切边方法对刀具锋利程度要求较高的问题研究了利用磨削方式实现切边加工加工的新途径,通过实验验证了磨削加工方式可大幅度降低切边加工成本,是一种较好的切边加工方式。     

基于磨粒磨损机理的机械磨损状态监测

针对机械设备磨损状态监测准确率较低的问题,基于不同磨损机理下磨粒具有不同的形状和纹理特征,提出了一种基于磨粒特征识别的机械磨损状态监测的数学模型。通过形状特征识别球状磨粒和切削磨粒,结合形状、纹理特征识别疲劳磨粒和严重滑动磨粒,基于提取的特征参数建立机械磨损状态监测的特征向量,通过量子粒子群优化(QPSO)的径向基函数神经网络模型,实现对机械磨损状态的监测和判别。实验结果表明:QPSO-RBF神经网络数学模型结构简单,比传统PSO-RBF神经网络模型的识别准确率高5%,可用于常见机械磨损状态的检测。      

刀具织构轮廓对碳纤维增强复合材料面下损伤影响的切削仿真研究

为减小碳纤维增强复合材料（CFRP）加工时的面下损伤深度,创建了基于二维Hashin准则的宏观连续动态切削CFRP有限元模型,分析了切削力和面下损伤深度与纤维方向角之间的变化趋势,通过引入织构刀具来降低切削力及面下损伤深度,比较了沟槽形织构刀具、圆形织构刀具、三角形织构刀具切削CFRP的切削力和面下损伤。结果表明,不同织构刀具的切削力和面下损伤深度随纤维方向角变化趋势一致,均在0°时最小,90°达到最大值;织构刀具相对传统无织构刀具切削CFRP时均降低了切削力和面下损伤深度,其中圆形织构刀具降低程度最大;仿真模型经实验验证准确有效。     

镍基高温合金GH4169车削过程刀具磨损特性研究

刀具磨损过快是镍基高温合金GH4169在切削过程中一直存在的难题,因而刀具磨损特性的研究对工艺优化具有重要意义。通过Deform软件建立了具有槽型特征刀具的仿真模型,揭示了后刀面磨损量对切削过程的影响,并通过车削试验验证了仿真模型的准确性,获得了不同后刀面磨损量对切削力及切削温度的影响规律,同时也获得了该切削过程刀具的磨钝标准,对镍基高温合金精加工过程中的工艺优化具有较好的理论指导意义。     

刀具磨损形态对Ti6Al4V切削过程影响的有限元仿真研究

应用有限元仿真方法研究了不同刀具磨损形态对钛合金切削过程的影响规律。首先根据实际刀具磨损尺寸建立前刀面月牙洼磨损为主、后刀面磨损为主、前后刀面同时磨损以及刃口钝化4种磨损类型,然后应用AdvantEdge软件建立磨损后硬质合金刀具切削Ti6Al4V的仿真模型并对其进行有限元分析。结果表明:前刀面月牙洼增大时刀尖处温度减小;后刀面磨损增大时工件表层拉应力增大,次表层压应力减小;前、后刀面同时磨损时,随着磨损程度的增大,切屑曲率半径明显减小,切削力增幅相比单一磨损有所减小;刃口钝化对切削力影响最大,当钝圆半径接近进给量时,耕犁效应变得十分明显。     

铝基复合材料的高速切削

针对铝基复合材料高速切削方面的研究主要集中在刀具选择、切屑形貌、刀具磨损、表面完整性、切削力和切削温度等方面。众多的研究表明,用PCD刀具高速切削铝基复合材料时,能获得较好的表面质量,较高的刀具寿命和较小的切削力、切削温度。     

基于切削力信号-几何信息-工艺信息的铣削加工刀具状态实时辨识

刀具状态的实时辨识对提高数控加工效率和质量、降低加工成本具有重要作用。对于单件小批量生产模式下的复杂零件,加工过程中的几何形状和切削参数不断变化,为刀具状态的准确辨识带来很大挑战。针对以上问题,提出了一种基于切削力信号-几何信息-工艺信息的铣削加工刀具状态辨识方法。采集加工过程中不同刀具状态的切削力信号,并对其做时域和时频分析,提取切削力信号的特征量,与加工工艺信息和零件几何信息相关联,建立输入向量,构建基于BP神经网络的刀具状态辨识模型并训练,在实际加工中通过神经网络模型实现刀具状态的实时辨识。经过试验验证,该方法可以基本满足铣削加工刀具状态的实时辨识。     

难加工材料刀具磨损检测技术研究与应用

利用刀具磨损检测技术,拍摄刀具后刀面磨损图像,以磨损图像为基础,分析刀具磨损状况、确定刀具磨损量,然后采用离散刀具磨损过程与有限元仿真相结合的方法实现长时间切削刀具磨损的仿真。对刀具磨损检测仪的原理、构成及检测过程等做了简要介绍,并对其在难加工材料切削参数优化、新刀具选用试切方面进行了初步应用。     

难加工材料切削状态的识别——模式识别技术的应用

本文介绍模式识别技术在难加工材料切削状态识别中的应用,这是实现适应性控制的第一步。根据切削试验中切削力随机信号处理的结果,可以看出在自相关图和自功率谱图与切削现象之间存在着内在联系。在此基础上分别建立了有无积屑瘤以及将切屑分成三类的判别函数。利用这些判别函数来识别切削状态的结果表明,模式识别技术在切削加工中的应用是成功的。     

Evaluation of tool wear and cutting performance considering effects of dynamic nodes movement based on FEM simulation

An accurate estimation of tool wear morphology can provide the opportunity to investigate the influence of tool wear on cutting performance as well as reduce the overall production cost. However, tool wear prediction is still a very challenging research issue. In this paper, a novel method for simulating the actual chip formation and wear evolution thorough the 3D finite element model has been carried out. In order to improve the accuracy of simulation results, the influence of worn tool, stress and temperature distribution on wear rate are considered. Then cutting experiment has been conducted by turning AISI1045 with uncoated carbide tools to validate the accuracy of the proposed model. The comparison between experimental and simulation results show good agreement which proves the ability of the proposed model in forecasting the tool wear. The validated finite element model has been further utilized studying how the worn tool affects the cutting performance including actual cutting rake, stress distribution, cutting force and temperature. The results of this paper not only provide a clear understanding of wear evolution between tool rake face and chip, but also are meaningful to optimize tool design and cutting parameters.     

纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。     

在车间环境下实现刀具耐用度模型参数的辨识

为了方便地进行刀具磨损检测,特别设计了一套便携式刀具磨损检测装置,可以方便地在不拆卸刀具的条件下实现铣刀后刀面磨损量VB的测量,很适合于车间环境实现刀具耐用度模型的辨识.本实验中进行刀具耐用度模型参数辨识的方法可以成为工厂中进行刀具磨损检测的一种实用方法.     

TC4的铣削加工中铣削力和刀具磨损研究

通过TC4铣削加工时的铣削力试验,研究了干切削时和有氮气介质铣削时影响铣削力大小的几个因素,为提高金属去除率优化了切削参数。同时通过刀具磨损试验,对上述两种铣削方式,比较了在不同的切削速度下铣削时铣刀后刀面的磨损,证实了以氮气为切削介质能够大大地改善刀具的磨损状况和提高刀具的寿命。     

基于域对抗门控网络的变工况刀具磨损精确预测方法

刀具磨损的精确预测对保证零件加工质量、提高生产效率和降低制造成本具有重要作用。在实际加工过程中,切削参数、刀具几何参数、刀具材料等工况复杂多变,工况信息和刀具磨损量对监测信号的耦合作用为刀具磨损的精确预测带来了很大挑战。针对以上问题,提出了一种基于域对抗门控网络（DAGNN）的变工况刀具磨损精确预测方法。引入工况分类网络并利用无磨损量标签样本,通过域对抗和门控过滤机制自适应地从不同工况的原始监测信号中提取表征刀具磨损且对工况变化不敏感的关键信号特征。对信号特征提取网络和刀具磨损预测网络进行迭代优化,从而实现变工况刀具磨损的精确预测。实验结果表明：相比已有的方法,本文方法能够利用少量带磨损量标签的目标工况样本实现刀具材料和刀具直径变化情况下的刀具磨损量精确预测,预测精度大幅提高。     

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。     

铣削过程多参数监测策略研究

 通过在时域和频域对端铣过程铣削力和铣削振动信号特征的分析,提取出对铣刀磨损和破损状态变化十分敏感的特征参量,在此基础上提出了由基于铣削力的“时段比值”监测策略和基于铣削振动的“硬件比较”监测策略组成的多参数监测策略。     

整体叶盘盘铣加工切削力及刀具磨损实验研究

本文对整体叶盘开槽粗加工时从切削速度、进给量、径向切深等切削参数对切削力的影响进行研究。选用正交实验的方法进行盘铣切削实验,得到切削参数对切削力的影响变化规律,并对刀具在切削过程中的磨损进行分析,进一步验证优化的切削参数,为整体叶盘的盘铣加工参数的合理制定与加工工艺的优化提供参考。     

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。