钛合金薄壁件铣削过程有限元仿真分析

钛合金薄壁件铣削过程中,刀具角度对铣削过程中的工件变形、铣削力、铣削振动等影响显著。为减轻刀具磨损延长刀具寿命,通过ABAQUS软件建立钛合金Ti6Al4V薄壁件铣削过程仿真模型,以铣削力和铣削温度为评价指标,采用单因素和正交法分析了刀具前角、后角及螺旋角对铣削力和铣削温度的影响规律,并对铣削力仿真结果进行试验验证。仿真结果表明:前角增大,铣削力减小,铣削温度呈波动趋势变化;后角增大,铣削力减小,铣削温度先减小后增大;螺旋角增大,最大轴向力增大,最大切向力缓慢减小,最大径向力基本不变,铣削温度先减小后增大。通过正交试验和极差分析,明确不同因素对指标影响程度的主次顺序和因素的最优水平组合。     

基于萤火虫算法的CFRP材料铣削刀具结构优化

为了提高CFRP零件的加工表面质量和刀具寿命,针对其铣削加工的刀具结构进行了优化。设计了刀具结构参数与CFRP材料铣削加工表面粗糙度、后刀面磨损量之间的正交试验。应用极差分析法分析了刀具结构参数对CFRP材料加工表面粗糙度、后刀面磨损量的影响规律,并应用多元线性回归法建立了刀具结构参数与表面粗糙度、后刀面磨损量之间的数学模型。基于此模型,采用FA萤火虫算法,优化了刀具的结构参数,并进行了实验验证。结果表明:在试验参数范围内,刀具结构参数对于CFRP工件铣削表面粗糙度的影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具的后角、螺旋角和前角增大时,工件的表面粗糙度都呈减小趋势,但减小的快慢程度不同;刀具结构参数对于后刀面磨损影响程度依次为:后角、螺旋角、前角。当刀具后角增大时,后刀面磨损量迅速上升,当螺旋角增大时,后刀面磨损量减小,当刀具的前角增大时,后刀面磨损量先减小后增大。采用FA萤火虫算法优化后的刀具结构对CFRP材料进行铣削实验,实验结果值与建立的模型预测值误差较小,表面粗糙度的误差率为3%,刀具后刀面磨损量的误差率为7.6%。     

刀具材料对CFRP齿槽加工质量的影响

采用硬质合金(YG6X)和PCD刀具分别对CFRP进行齿槽加工试验,探究刀具材料对齿槽加工质量的影响。结果表明:随着每齿进给量f_z的增大,撕裂因子F_(sl)呈明显的增大趋势;采用PCD铣刀铣制齿槽,其加工质量较为稳定,加工质量较理想。     

英、德考察散记(十一)

廿硬质合金铣刀硬质合金的抗冲击强度差,而铣削加工却是断续切削,铣刀刃口处不断受到冲击,如采用硬质合金则容易崩刃,这就是硬质合金在铣削加工中不如车削加工应用得广泛的主要原     

C/SiC复合材料螺旋铣削与钻削制孔效果对比

采用PCD刀具对C/SiC复合材料螺旋铣削与钻削制孔的制孔效果进行了对比研究。在同等加工效率条件下测量了两种制孔方法产生的切削力及切削热,并观察制孔质量。试验结果表明:螺旋铣孔产生的轴向力小于钻孔,约为钻孔的56.9%;孔壁粗糙度及孔径差均小于钻削;钻孔产生的切削热少于螺旋铣削制孔,约占螺旋铣的58.7%,但螺旋铣产生的切削热对材料及刀具的影响小。     

伊斯卡对模具工业传统及现代加工方式的思考

传统理念:采用圆形铣刀片进行粗铣加工 当粗铣加工型腔或凸台时,长期以来形成的观念是,标准圆刀片是不可替代的.众所周知,可采用立铣刀或套式铣刀装夹圆刀片进行加工,而且这样的加工方式依然盛行. 夹持圆刀片的刀具应用领域广泛,如面铣刀、方肩铣刀和螺旋插补铣刀(坡走铣刀).而刀片相对低廉的价格正是此类圆刀片刀具能得到广泛应用的主要原因.     

锥、柱形组合刀具等螺旋角切削刃是怎样制造的

锥、柱形等螺旋角切削刃组合刀具是一种较为理想的优质高效刀具。在铣、铰刀具上均有应用。特点是刀具每一个部位的切削刃的螺旋角相等,故其前角保持不变,对稳定切削性能起重要作用。但是,由于等螺旋角的加工比较困难,所以其发展缓慢。在航空工业中,适宜采用锥、柱形刀具加工的零件较多,如能方便地加工制造等螺旋角切削刃刀具,将有一定的意义。我厂过去采用等导程的锥形螺旋铰刀,由于前角随直径而变化,使零件加工质量不稳定,成为生产中的关键。采用等螺旋角切削刃锥形刀具后,改善了     

CFRP螺旋铣孔加工中的轴向力抑制方法

在碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fibre Reinforced Polymer,CFRP)螺旋铣孔加工过程中,刀具端刃所产生的轴向力过大会造成制孔出口分层、撕裂、毛刺等缺陷问题。为减小CFRP螺旋铣孔加工中的轴向力,从运动学原理上分析了刀具端齿隙角与未变形切屑的关系,提出了使刀具切削线速度较低的中心区域不参与切削的方法;进一步推导出了使刀具中心不参与切削的条件,并对不同端齿隙角和导程组合下的未变形切屑形状进行了模拟;最后在CFRP上进行了螺旋铣孔试验验证。结果表明,通过增大刀具端齿隙角和减小导程,可以使螺旋铣孔加工中端刃中心区域不参与切削,从而有效减小CFRP螺旋铣孔中的轴向力。     

摆线铣加工技术及其在航空发动机加工中的应用

与传统加工不同,摆线铣加工过程中刀具-工件包角一直处于较小的状态,刀具在公转一周的过程中处于切削状态的时间较少,从而非常有利于切屑的排出与刀具的散热。摆线铣削主要目的是在充分满足径向切深的情况下避免槽铣等全浸入式铣削。这对于减少刀具的磨损、延长刀具的使用寿命非常有利。而对于采用较小的刀具-工件包角有可能带来的切削效率降低,在摆线铣技术中,可以采用比常规铣削方法更大的轴向切深以提高材料去除率。     

高速铣削淬硬钢刀具刃口对表面粗糙度影响试验研究

采用立式铣刀及球头铣刀进行高速铣削Cr12MoV淬硬模具钢表面测试试验研究,利用KEYENCE超景深显微镜获得刃口半径,利用正交试验设计方法,分析刀具刃口半径及切削参数对高速铣削淬硬钢表面粗糙度的影响规律。结果表明:在铣削平面过程中,刀具刃口半径对工件表面粗糙度有显著性影响;而在铣削曲面时,刀具刃口半径对表面粗糙度的影响并不显著。     

纤维夹角和铣削参数对CFRP铣削力的影响

为探索CFRP铣削加工中出现的分层、崩边等表面缺陷形成机理,对CFRP进行铣削加工实验。基于单因素实验法获得了纤维夹角对CFRP铣削力的影响规律,基于中心复合曲面设计,获得了硬质合金刀具铣削CFRP过程中铣削速度、每齿进给量和铣削深度对铣削力的影响规律,并构建了铣削力的预报模型。实验结果表明:纤维夹角在0°～90°,铣削力随纤维夹角的增大而降低,而在90°～180°,铣削力随纤维夹角的增大而增大。f_z和a_e对三个方向铣削力影响都较为显著。v_c对y向和z向铣削力影响较为显著,而对x向铣削力影响不显著。铣削力随三个铣削参数的升高而增大,其中每齿进给量对铣削力影响最大。     

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。     

基于真实刀位轨迹的铣削厚度建模

瞬时未变形切削厚度是决定铣削加工切削力预测精度的一个重要参数.现有铣削力预测方法中,通常采用圆形轨迹逼近铣刀刀齿的运动轨迹并进行未变形切削厚度的计算.铣刀刀齿的实际运动轨迹为摆线轨迹,采用圆形轨迹近似必然造成在计算未变形切削厚度时存在误差.为获得更精确的铣削力预测结果,本文提出了一种基于刀齿真实轨迹的未变形切削厚度计算方法.通过计算铣刀刀齿的真实摆线运动轨迹,推导出未变形切削厚度计算的超越方程.通过对该超越方程的数值求解,得到了准确的未变形切削厚度.最后,通过算例分析及对比验证了所提方法的有效性.     

高速铣削铝合金7055铣削力和铣削温度的仿真研究

采用有限元分析软件AdvantEdge模拟了航空铝合金7055高速铣削过程,获得了单个刀齿高速加工中铣削力变化曲线,预测了不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,获得了刀具前刀面和后刀面的温度分布曲线;建立了高速铣削参数对铝合金7055铣削力和铣削温度的影响曲线,可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命.     

机身蒙皮精准铣切系统研制

针对某型号飞机机身蒙皮精准外形需求,研制了一套机身蒙皮精准铣切系统.详细分析了机身蒙皮精准铣切系统的结构和工作原理,重点讨论了铣切系统刀具设计及其气动控制系统回路方案.机身蒙皮精准铣切系统经过安装、调试和现场应用验证,在保证安全的同时,实现了对飞机蒙皮进行切割的功能.结果表明,该系统能高效准确地完成机身蒙皮的铣切工作,保证飞机产品的制造准确度.     

γ-TiAl合金铣削加工表面残余应力研究

为了探索高温理想结构材料γ-Ti Al合金铣削表面残余应力特性,结合正交试验数据处理方法中的极差分析法,建立各工艺因素情况下不同水平对表面残余应力的关系曲线,并对其工艺过程中的热力影响机理进行分析;同时建立面向残余应力的各因素灵敏度数学模型,进而确定以获取较大残余压应力为目标的工艺参数优选区间。研究表明:在试验参数限定范围内,步进方向以及进给方向均呈现为残余压应力,主要原因是冷塑性变形占主导作用。通过对灵敏度数学模型进行分析,发现残余应力对设计变量中的铣削速度变化最敏感,对每齿进给量、铣削深度和铣削宽度的敏感程度近似相同,为Ti Al金属间化合物铣削表面残余应力控制研究提供了理论依据。     

Milling surface roughness for 7050 aluminum alloy cavity influenced by nozzle position of nanofluid minimum quantity lubrication

In nanofluid minimum quantity lubrication (NMQL) milling of aviation aluminum alloy, it is the bottleneck problem to adjust the position parameters (target distance, incidence angle, and elevation angle) of the nozzle to improve the surface roughness of milling, which has large and uncontrollable errors. In this paper, the influence law of milling cutter speed, helical angle, and cavity shape on the flow field around the milling cutter was studied, and the optimal nozzle profile parameters were obtained. Using 7050 aluminum alloy as the workpiece material, the milling experiment of the NMQL cavity was conducted by utilizing cottonseed oil-based Al₂O₃ nanofluid. Results show that the high velocity of the surrounding air flow field and the strong gas barrier could be attributed to high rotating velocities of the milling cutter. The incidence angle of the nozzle was consistent with the helical angle of the milling cutter, the target distance was appropriate at 25–30 mm, and the elevation angle was suitable at 60°–65°. The range and variance analyses of the signal-to-noise ratio of milling force and roughness were performed, and the chip morphology was observed and analyzed. The results show that the optimal combination of nozzle position parameters was the target distance of 30 mm, the incidence angle of 35°, and the elevation angle of 60°. Among these parameters, target distance had the largest impact on cutting performance with a contribution rate of more than 55%, followed by incidence angle and elevation contribution rate. Analysis by orthogonal experiment revealed that the nozzle position parameters were appropriate, and R_a (0.087 μm) was reduced by 30.4% from the maximum value (0.125 μm). Moreover, R_sm (0.05 mm) was minimum, which was 36% lower than that of the seventh group (R_sm = 0.078 mm).     

Effects of in-situ TiB2 particles on machinability and surface integrity in milling of TiB2/2024 and TiB2/7075 Al composites

In-situ ceramics particle reinforced aluminum matrix composites are favored in the aerospace industry due to excellent properties. However, the hard ceramic particles as the reinforcement phase bring challenges to machining. To study the effect of in-situ TiB₂ particles on machinability and surface integrity of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite, milling experiments were performed, and compared with conventional 2024 and 7075 aluminum alloys. In-situ TiB₂ particles clustered at the grain boundaries and dispersed inside the matrix alloy grains hinder the dislocation movement of the matrix alloy. Therefore, the milling force and temperature of the composites are higher than those of the aluminum alloys due to the increase of the strength and the decrease of the plasticity. In the milling of composites, abrasive wear is the main wear form of carbide tools, due to the scratching of hard nano-TiB₂ particles. The composites containing in-situ TiB₂ particles have machining defects such as smearing, micro-scratches, micro-pits and tail on the machined surface. However, in-situ TiB₂ particles impede the plastic deformation of the composites, which greatly reduces cutting edge marks on the machined surface. Therefore, under the same milling parameters, the surface roughness of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite is much less than that of 2024 and 7075 aluminum alloy respectively. Under the milling conditions of this experiment, the machined subsurface has no metamorphic layer, and the microhardness of the machined surface is almost the same as that of the material. Besides, compared with 2024 and 7075 aluminum alloy, machined surfaces of TiB₂/2024 composite and TiB₂/7075 composite both show tensile residual stress or low magnitude of compressive residual stress.     

铣削参数对7055-T6铝合金耐腐蚀性的影响

文摘研究了铣削工艺参数对切削力、表面粗糙度、轮廓与形貌、自腐蚀电位和电流密度的影响。结果表明:随着切削速度的增大,切削力与表面粗糙度呈现先增大后减小再增大的变化规律;随着轴向切深的增加,切削力与表面粗糙度都呈增大的趋势;铣削后刀面对已加工表面的挤压改善了铝合金的腐蚀性能;切削转速为4 000 r/min,轴向切深为0.25 mm时,加工表面耐腐蚀性能最优;在较大的轴向切深下,已加工表面易产生微裂纹,而导致腐蚀加剧。     

基于数值模拟的GH536高温合金铣削力模型

为了研究GH536高温合金的铣削力来指导生产,利用DEFORM-3D对GH536的铣削过程进行了建模和仿真;设计铣削正交仿真方案,对仿真结果进行极差分析。结果表明:铣削深度、铣削宽度和每齿进给量对F_x、F_y和F_z均成正相关、而铣削速度对F_z正相关,其余负相关,其中铣削深度对铣削力影响程度最大,而铣削速度影响程度最小;利用SPSS对正交仿真数据进行处理,建立GH536铣削力预测模型,并对模型进行回归分析;设计铣削测力试验,将其结果与铣削力预测模型进行对比,并用铣削力理论模型求解结果作为参照对比,结果表明铣削力预测模型能够比理论模型更准确的预测GH536切削过程中的铣削力。