不分离型超声椭圆振动切削力特性研究

分离型超声椭圆振动切削加工效率低的特点阻碍了超声椭圆振动切削技术的广泛应用和进一步发展.为拓展超声椭圆振动切削技术的应用领域,在分析了超声椭圆振动切削过程的基础上,深入研究了不分离型超声椭圆振动切削降低平均切深抗力的有效性机理,并在此基础上分析了速度系数和切深方向振幅对切深抗力的影响,揭示了不分离型超声椭圆振动切削逆变区及动态前角是降低平均切深抗力的主要原因,给出了速度系数对降低切削力失效的判断公式,并通过实验验证了不分离型超声椭圆振动切削具有降低切削力和提高加工过程稳定性的优势.这对于发挥超声椭圆振动切削技术优势,拓宽其应用领域具有重要的意义.     

SiCp/Al复合材料低损伤表面切削加工研究与进展

SiC_p/Al复合材料属于典型的难加工材料,其SiC颗粒增强相的存在使得切削加工时材料已加工表面极易出现基体撕裂、微裂纹、微空穴等缺陷。为了实现SiC_p/Al复合材料的高效低损伤加工,从切屑形成机制、表面完整性和刀具磨损等方面总结SiC_p/Al复合材料切削加工性能及其影响因素,研究表明,该材料增强相颗粒去除方式和去除机理对表面形成过程影响显著;探讨了SiC_p/Al复合材料塑性域加工机理和塑脆转换临界条件获取方面的研究进展,综述了表征SiC_p/Al动态力学性能的宏微观建模方法,分析了多尺度多相耦合切削加工有限元仿真的热点和难点问题;指出了低温微切削、超声辅助微切削、激光辅助微切削等是实现SiC_p/Al复合材料协调变形和塑性域加工工艺条件的发展方向。     

切深对椭圆超声振动切削机理的影响

以椭圆超声振动切削为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和切削实验,研究了切深变量对其切削过程中机理的影响。指出在微小的切深条件下,刀尖钝圆影响不可忽略,其切削过程表现出微细切削特性。一方面,基于微细切削理论,建立了正交椭圆超声振动切削运动学和力学模型,将切削区分为后刀面回弹区、刀尖犁切区、刀尖剪切区和前刀面摩擦区四个区域,并依次对四个区域内不同切深条件下各个切削分力进行计算分析。另一方面,对切削过程进行有限元仿真和切削实验。其结果表明:当切深小于最小切削厚度时,切削过程主要为刀具后刀面的回弹挤压与摩擦和刀尖钝圆的犁切作用,不产生切屑,切深抗力大于主切削力;当切深大于最小切削厚度并逐渐增大时,刀尖剪切和切屑与前刀面的挤压与摩擦作用逐渐凸显并成为主要切削方式,此时主切削力逐渐超过切深抗力并迅速增大。     

Ti6Al4V钛合金大进给铣削切削力与切削温度的试验研究

采用可转位涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了大进给铣削试验,研究分析了大进给铣削Ti6Al4V钛合金时每齿进给量、切削速度、轴向切深以及径向切深等切削参数对切削力和切削温度的影响。研究结果表明,随着每齿进给量和轴向切深的增加,切削力均呈现增大的趋势,而切削速度和径向切深对削力的影响并不明显;随着每齿进给量和切削速度的提高,切削温度亦呈现升高的趋势。     

天然金刚石刀具单激励超声椭圆振动车削

设计并制造了一种单激励夹心式纵弯复合椭圆振动车削系统.在分析超声椭圆振动切削抑制刀具崩刃机理的基础上,利用该系统进行了天然金刚石刀具振动车削铝件的试验,证实了椭圆振动切削可以有效防止刀具崩刃.     

低频椭圆振动切削加工仿真分析

基于椭圆振动切削和金属加工原理,应用ThirdWave-advantEdge仿真软件对椭圆振动切削进行研究,对比普通切削,改变振动切削参数,分析了椭圆振动切削中振动切削参数对切削力、温度变化的影响.     

SiCp/Al二维超声复合电解/放电加工的表面生成机理及试验研究

针对复合材料高质量的加工要求,结合各加工技术的优点,本文提出二维超声复合电解/放电加工技术(2UECM/EDM),并对其表面生成机理进行深入研究。利用二维超声辅助磨削加工时单磨粒的运动轨迹对加工表面沟槽的加宽作用和电解/放电加工的整平作用,通过研磨面积比(δ_s)来分析复合材料表面形貌和表面粗糙度(Ra)的变化规律,并进行了复合材料SiC_p/Al维超声复合电解/放电加工的表面生成机理对比试验。结果表明,单周进给距离、电压和二维超声振幅等参数影响加工表面质量。其中,表面粗糙度与磨粒单周进给距离的变化趋势一致;较高电压时电解/放电加工效应显著,导致增强颗粒裸露进而增加了Ra;轴向和切向二维振动共同作用下显著增大δ_s值,而其值在1.8附近时Ra出现明显的转折变化趋势。因此,当δ_s大于1.8时的工具和工件振幅以及较低电压参数,加工时对增强颗粒的拖曳和碾压可以显著降低表面不平度、较大幅度提高工件表面质量。     

单激励超声椭圆振动车削薄壁筒实验研究

通过对普通夹心式超声椭圆振动换能器结构的研究,设计了一种能够在单一纵向激励的情况下产生椭圆振动的换能器结构,利用有限元分析工具对换能器的结构进行分析,并且利用光纤测振仪对单一纵向激励换能器进行了测量,验证了可以通过单向激励产生椭圆振动。利用这种结构研制了一套单激励超声椭圆振动车削系统,采用PCD刀具对LY12实心件和薄壁筒工件进行了精密切削实验,实验结果表明椭圆振动切削可以大幅度降低切削力,明显改善薄壁工件的形状精度,同时工件还具有较好的表面粗糙度。     

圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的切削力和表面质量研究

为了研究圆片刀加工参数对切削力和表面质量的影响,首先对圆片刀超声切削和普通切削的切削力进行了理论分析,在此基础上开展了圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯试验,获得了进给速度、刀具转速和超声振幅对切削力的影响规律。进一步以蜂窝芯孔壁撕裂数量和长度作为加工表面质量的表征参数,定量研究了加工参数对于蜂窝芯表面质量的影响。试验结果表明:普通切削条件下,增大刀具转速和减小进给速度可以有效降低切削力;随着超声振幅的增大,切削力显著减小,相比普通切削,当超声振幅为35μm时,进给方向的切削力和刀具轴向的切削力分别减小53.1%和33.9%;切削力试验结果与理论分析结果一致。此外,Nomex蜂窝芯孔壁撕裂数量随着刀具转速的增大和进给速度的降低而减少,超声振动作用可以有效减少蜂窝芯孔壁撕裂的数量和长度。研究为圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的加工参数的选择提供参考。     

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。     

超声振动切削对耦合颤振的影响

以耦合颤振为研究对象,通过理论分析和实验测量,研究了超声振动切削(UVC)方法对其影响及机理。超声振动切削可以通过控制系统能量摄入抑制耦合颤振。一方面,确定系统发生耦合颤振具有临界能量阀值,系统摄入能量为瞬时切削功率在净切削时间内的积分;建立的临界切削深度模型,表明超声振动切削可以增大临界切深,这表示系统具有更大的切削功率阀值,其原因是超声振动切削方法净切削时间减少,从而在一定切削时间内维持系统能量摄入总量不变,保证切削系统的稳定。另一方面,在相同条件下,超声振动切削可以有效降低平均切削力,减少系统摄入的能量,从而减弱耦合颤振的振动幅度,对其进行抑制。使用自行研制的弱刚度镗杆进行了对比实验,实验结果表明:超声振动切削可以增大临界切削深度且临界切深与占空比成反比;在相同条件下减小了系统振动幅度,获得了更好的加工质量。     

磁场辅助电火花加工平台开发及SiCp/Al加工试验研究

结合微细电火花加工的技术特点,对微细电火花加工控制系统进行模块化设计,完成了磁场辅助电火花加工系统试验平台搭建,基于LabWindows/CVI环境开发了人机交互操作界面,进行了磁场辅助电火花微孔加工试验,验证了该微细电火花加工机床的稳定性。单脉冲试验结果表明,放电持续时间随着磁感应强度的增大而变长,磁感应强度的增大使放电凹坑直径增加、深度减小,材料去除体积增大。微孔加工试验结果表明,适当的外部磁场对电火花加工性能有显著的提升作用。施加0.3 T的外部磁场时,材料去除率得到提高,表面粗糙度有所降低。体积分数越大的SiC_p/Al复合材料去除率提高越明显,体积分数为65%的SiC_p/Al复合材料在施加外部磁场后,材料去除率提升高达96.85%。     

基于冲击阻尼的深孔车削减振 车刀设计

针对内圆车削过程中特别是大长径比内孔车削时,径向力造成工件振动或变形,影响加工精度和表面质量的问题,开展基于冲击阻尼器的减振车刀研究。首先基于欧拉–伯努利梁理论,通过建模仿真开展冲击阻尼机理研究;其次对不同的切削参数与阻尼参数,运用模拟退火算法,优化单侧间隙、恢复力系数等变量,使减振车刀主模态负实部最大化,提升车削稳定性;最后基于冲击阻尼原理设计减振车刀并进行切削试验。试验结果表明,当转速n=400r/min,进给量f=0.1mm/r,切削深度a_p=0.4mm时,内置冲击阻尼器可使长径比为7的内圆车刀径向振动加速度由46.5m/s~2下降到4.0m/s~2;工件表面粗糙度R_a由4.62μm下降到1.95μm。     

铣削加工参数对SiCp/Al复合材料表面粗糙度的影响

文摘SiC_p/Al复合材料在切削加工中存在严重的表面质量问题。本文设计单因素试验,采用硬质合金涂层刀具对SiC_p/Al复合材料进行铣削加工,研究了加工参数对表面粗糙度的影响。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大先增大后减小,随进给量、径向切深、轴向切深的增大而增大;使用较大的切削速度、较小的进给量和不大于4 mm的径向切深能获得较好的加工表面质量。     

GH4169车削过程的热力耦合作用及残余应力场研究

镍基高温合金GH4169是一种拥有优良的机械性能及抗腐蚀能力的耐热合金,被广泛应用于航空航天工程等领域,其切削过程因热力耦合作用产生的残余应力对零件的疲劳性能有重要影响.本文采用GH4169车削试验及Deform-3D仿真模拟相结合的方法,通过试验的切削力和仿真的温度-应变场对残余应力场的形成机理进行研究.结果表明:刀具磨损对主切削分力和车削温度的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,主切削分力由538N增大到756N,剪切区温度由552℃增高到654℃,工件表面的应变由3.3升高到3.5;刀具磨损导致切削力和的温度-应变的增大,致使表面圆周和进给方向的残余拉应力峰值由517MPa、242MPa增大到860MPa、442MPa;表层残余压应力峰值-696MPa、-356MPa增大到-756MPa、-456MPa;残余应力层深度由72μm增大到85μm.     

PCBN刀具切削力及摩擦系数试验研究

对PCBN刀具车削加工时的切削力及摩擦系数与切削用量的关系进行试验研究,并与YN10硬质合金刀具对比,结果表明:PCBN刀具特别适于高速条件下的干式切削加工,而且为了提高生产率,采用大进给量切削比大切深切削较省力又省功率.     

超声椭圆振动精密切削

传统超声振动切削加工中刀具后刀面与工件已加工表面的高频摩擦使刀具承受交变拉压应力,导致刀具疲劳崩刃。超声椭圆振动切削技术使刀具以椭圆振动轨迹对工件进行切削,避免了刀具后刀面与已加工表面的摩擦,有效抑制了刀具的崩刃破损;同时,将刀具前刀面与切屑之间有害的摩擦力变为有利的切削力,增加了刀具的剪切角,降低了切削过程中的吃刀抗力,提高了加工精度。     

不同刀具车削加工高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂切削力研究

为探索高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的切削加工性能,对该类材料进行大直径薄壁回转类零件的车削加工。采用四种不同刀具进行实验研究,获得了不同切削参数及不同刀具材料对切削力的影响规律。试验结果表明:切削用量三要素中,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,而切削速度的影响很小。当切削速度为119.32 mm/min、进给量为0.1 mm/r、背吃刀量为0.5 mm时,为最优切削参数。Ti-Al-Si-N纳米涂层硬质合金和超硬材料F2HX无涂层硬质合金刀具适合于低速加工,而PCD刀具则适合于高速加工。     

基于单颗金刚石磨粒磨削的SiCp/Al复合材料仿真与试验研究

本文主要开展了单颗金刚石磨粒磨削碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的试验及三维有限元仿真研究。分析了SiC_p/Al复合材料磨削过程中磨削工艺参数对磨削力及表面形貌等的影响。分析结果表明,随着磨粒转速的增加,磨削力减小,SiC颗粒破碎现象有所缓解,铝基体的涂覆作用增强,表面形貌完整性好;随着磨削深度的增加,磨削力增大,SiC颗粒破碎明显增强,表面形成较多凹坑与孔洞,表面质量差。仿真结果与试验结果较吻合,说明该仿真模型可用于磨削工艺参数的优化分析。     

SiC_p/Al复合材料高速铣削切削力模型建立

使用聚晶金刚石(PCD)刀具并采用正交试验设计法,对含不同体分比的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/2009Al)进行高速铣削试验。在测量切削力和切屑厚度的基础上,建立了剪切角、剪切应力和摩擦角的预测模型,并结合金属切削基本理论公式建立了切削力的预测模型。该模型包含铣削速度、每齿进给量、径向切宽、增强颗粒体分比等重要参数,模型对进给方向最大铣削力预测值的平均误差为5.9%,对铣刀径向切深方向最大铣削力预测值的平均误差为9.2%,皆高于普通经验公式的预测精度,从而可对SiCp/2009Al复合材料高速铣削时的铣削力进行有效预测。