晶须和短纤维增强铝合金复合材料的切削加工

本文综述了ＳｉＣｗ／６０６１，Ａｌ２Ｏ３／６０６１复合材料的切削加工特点及由车削试验得出的不同刀具的材料，切削速度Ｖｃ，进给量ｆ，切削路程ｌｍ及复合材料中纤维（晶须）含有率Ｖｆ，不同的制取方法对刀具磨损ＶＢ，切削力Ｆ及表面粗糙度ＲＺ的影响规律。     

立铣切削力分类研究及精确铣削力模型的建立

 提出了一种根据切削力变化曲线的形状特征精确建立铣削力预测模型的方法。以立铣加工过程为研究对象，基于静力模型，研究铣削力的变化规律和切削用量的关系，总结了6种不同切深组合下的铣削力类型并分别给出理论的切削力随刀具旋转的变化曲线图，基于切削力交叠程度又将切削力细分为10类。在此基础上通过定义切削力分析指标，得到了基于切削力曲线形状特征的实际切深的计算方法。根据理论分析结果，提出在不同切深组合下分别建立铣削力模型的观点，实际切深的应用使得模型更加精确,更重要的是根据该切削力分类来组织试验，针对性加强，试验数据更可信。通过合理安排试验，验证了该理论的正确性。     

精密超声振动切削频率对切削力影响规律的研究与仿真

建立了振动切削中切削力的数学模型,进行振动切削中频率对切削力影响机理的研究,并通过数值模拟的方法,首次从理论上给出精密振动切削中频率对切削力的影响规律。同时,还研究了在不同的振动切削条件下,切削力随切削参数变化的变化规律。     

Cr12MoV钢电火花辅助铣削实验研究

以典型难切削金属材料Cr12MoV模具钢为研究对象，使用ABAQUS对其在电火花放电条件下温度场进行数值模拟，在不同进给率下对其进行传统铣削和电火花辅助铣削对比试验。借助高速摄像机、扫描电镜和测力计等设备，对其切削力特征、表面形貌和刀具磨损进行了对比分析研究。结果表明，电火花辅助铣削的切削力比传统铣削降低28.57%~51.47%，表面粗糙度降低2/3。与传统铣削相比，电火花辅助铣削在降低切削力、提高表面质量和减少刀具磨损方面具有显著优势。     

不同纤维方向角时碳纤维增强树脂基复合材料切削力建模

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）切削中,存在纤维断裂、基体失效和界面相失效等多个过程,且不同纤维切削角时切屑形成机理不同,因而CFRP切削力的有效预测非常困难。对此本文结合最小势能原理和Winkler弹性地基梁理论,基于CFRP代表性单元（RVE）,利用其微元求解纤维挠曲变形方程,分别分析了不同纤维方向角时三个切削变形区的力学行为,并完成纤维临界损伤长度的预测,最终形成不同纤维方向角时的CFRP切削力解析模型。通过CFRP直刃铣刀铣削实验,进行了切削力模型的验证,当纤维方向角在0°~180°时,切削力计算值和实验值随纤维方向角的变化趋势相吻合,切削力大小误差在15%以内。切削力随纤维方向角的增大先增后减,分别在90°和45°附近转变变化趋势。切削形貌表明,纤维方向角为135°时,CFRP铣边加工质量较差,临界损伤长度也较大。建立的切削力解析模型可以较为准确地预测CFRP正交切削力,可为CFRP切屑形成中的力学行为分析提供理论指导。     

损伤演化对Ti6Al4V高速切削仿真结果的影响

利用ABAQUS有限元分析软件建立了Ti6Al4V二维切削仿真模型，在模型其他参数（本构参数、初始损伤参数等）固定不变时，得到了不同损伤演化特征参数（断裂能）取值下的切削力、切削温度和切屑形貌，以此来研究损伤演化过程对仿真结果的影响。研究发现随着断裂能取值的减小，仿真的切削力、切削温度会降低，切屑的锯齿化程度会变得严重。在切削速度为180 m/min，进给量为0.1 mm/r的条件下进行了Ti6Al4V正交切削实验，测量了切削力，将仿真得到的主切削力和切屑锯齿化程度与实验结果进行对比，确定了适合本研究建立的仿真模型的合理断裂能值。结果表明，在使用此断裂能取值时，仿真得到的切削力和切屑形态与实验值有很好的一致性。在消除了能量密度对仿真模型的影响后，进行了4组验证实验，仿真结果与验证实验的结果相吻合，证明了断裂能取值的准确性。     

钛合金螺旋铣孔孔径偏差研究

螺旋铣孔是航空航天领域新出现的制孔技术,其切削过程中会产生径向切削力,从而引起刀具变形并造成孔径偏差。针对该问题开展了钛合金螺旋铣孔孔径偏差试验,分析了包括进给方向在内的不同加工参数对孔径偏差的影响规律;基于螺旋铣孔运动学原理对不同进给方向下的材料去除过程和径向切削力方向进行了研究,分析了不同进给方向下的孔径偏差变化规律及形成原因,并设计切削力试验进行了验证;通过分析不同加工参数下的未变形切屑形状及径向切削力变化情况,研究了各加工参数对孔径变化趋势的影响规律。研究结果表明,当进给方向为顺时针时,刀具受背离孔心的径向切削力的作用向孔径外侧发生挠曲变形,导致所加工孔径大于理论孔径;当进给方向为逆时针时则相反。进给速度和导程的增加将加剧孔径偏差,切削速度的增加则会减弱孔径偏差。     

悬臂结构件加工参数与变形响应数值模拟研究

基于有限元数值模拟技术，开展装夹方式与切削参数对悬臂结构件加工变形综合影响规律研究，分析加工过程模态、谐响应以及不同参数下温度场、应力场及切削力的变化趋势。结果表明：加工该L型零件悬臂块上下表面时，使用三爪卡盘进行定位装夹，整体稳定性最好。增大主轴转速时，温度场、应力场和切削力均呈增大趋势，主轴转速为37.5r/min，切削深度为1mm，进给量为23.5mm/min时可保证位置公差0.1mm的要求，并获得较好的表面粗糙度。     

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。     

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。     

高硅氧玻璃纤维／酚醛树脂复合材料切削力的试验研究

通过用PCD刀具对高硅氧玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的车削试验,采用正交试验和回归分析法,研究了切削用量三要素对切削力的影响规律,建立了切削力的经验模型.结果表明,背吃刀量是影响切削力的主要因素,增大背吃刀量时主切削力和进给力都显著增大;增大进给量也使主切削力增大,但其影响小于背吃刀量;而切削速度对切削力的影响很小.所建切削力经验公式可作为切削加工该复合材料时切削用量选择及切削力控制的依据.     

关于切削力试验优化设计的研究

本文在分析了传统沿用“单因素弧立变量法”求得切削力经验公式存在不足的基础上，介绍了多元回归方法的优点，最后将二者综合，取长补短，给出最优设计最佳化的具体应用，探讨计算切削ＧＨ１３５切削力的经验公式。     

薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究

薄壁件加工变形是影响加工精度与质量的关键因素,而切削力建模则是预测表面加工误差的基础。针对两种典型的切削力模型,系统地研究了薄壁件周铣加工过程中切削力变化及表面变形误差分布的有限元计算方法,提出了基于三维非规则网格的刀具/工件变形的耦合迭代格式以及恒定网格下材料去除效应的变刚度处理方法等关键技术,仿真过程充分考虑了切屑厚度变化及不同切削参数对预测结果的影响。以典型钛合金航空材料构件为例,数值计算结果与实验参考数据比较表明,两种切削力模型对同一切削过程的预测均具有很好的一致性。     

超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损伤影响的仿真研究

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在传统加工（OC）过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题，本文提出使用超声振动辅助切削（UVC）工艺加工CFRP，通过仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明：使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力，且纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比，UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下损伤深度；在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度，但取得了较为平整的已加工表面以及较小的损伤区域。     

直角切削6061-T6铝合金剪切区力学行为及微观结构演化预测

力学行为是塑性变形微观过程的宏观表现,早期的金属切削理论模型没有考虑微观结构对切削力的影响。在考虑热力耦合效应的基础上建立了基于位错密度材料模型的6061-T6铝合金直角切削力预测模型,分析了不同切削参数下基于位错运动的塑性变形机制对切削力的影响。结合等分剪切区和非等分剪切区模型,构建了第一变形区多物理场计算方法,提出一种切屑形成过程中由塑性变形引起的微观结构演化解析模型。通过测量切削力和切屑内晶粒尺寸对模型的可行性进行了初步验证。结果表明：剪切区长度变长引起参与位错滑移的材料增多是切削深度增大导致切削力增大的主要原因。增大切削速度导致切削力的降低不是单一变量影响的结果,而是应变降低引起位错增殖数量减少和温度升高引起位错湮灭作用增加的共同作用结果。非等分剪切区模型正确反映了第一变形区温度和应力的分布特征,且与二维有限元模型分布相一致,建立的第一变形区微观结构演化解析模型能够预测切屑内位错密度和晶粒尺寸。     

BTA 深孔钻削切屑变形与刀齿切削力分布规律仿真

采用ABAQUS有限元分析软件,建立了错齿BTA钻头钻削环状工件单元切削仿真模型,以45#钢为工件材料,对错齿BTA钻头各刀齿切削不同直径的环状工件进行了模拟仿真,分析了钻削过程中错齿BTA钻头各个刀齿切屑的形成过程与变形特点,研究了环状单元切削力三分量随工件半径的受力分布规律.结果表明,错齿BTA钻头各刀齿切削力分量呈现出随半径增大而增大的非均匀分布规律,并且切削速度和进给量对切削力分布规律几乎没有影响.     

碳纤维复合材料切削机理的研究

以单向碳纤维复合材料为对象,从理论角度对碳纤维复合材料的二元直角自由切削机理进行了分析研究。根据切削方向与纤维方向夹角的不同,切削变形可分为层间分离型、纤维切断型、弯曲切断型等3种形式。针对纤维切断型切削变形,本文给出了切削力理论计算公式,为切削力大小的估算提供了依据。     

CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析

为探索碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系,建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型,并对该模型进行了实验验证。基于该模型,分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。仿真结果表明:纤维方向角从0°增大到90°,切削力呈现降低趋势,而纤维方向角从90°增大到180°,切削力呈现增大趋势。随着切削速度和每齿进给量的增大,切削力随之增大,而随着刀具前角增大,切削力随之减小。     

Ti6Al4V合金端面铣削过程切削力状态研究

本文以波形刃可转位面铣刀片为研究对象分析了Ti6Al4V合金铣削加工过程中刀具的受力状态。通过有限元模拟与铣削实验相结合的方法研究了不同加工条件下刀具切削力的变化情况。结果表明:在Ti6Al4V合金的铣削加工过程中,切削力随着切削速度的增加而降低,随着进给量的增高而明显增大。     

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。