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.     

微织构刀具对钛合金切屑形成影响的仿真研究

针对微织构刀具对钛合金Ti6Al4V切屑形成以及微槽二次切削机理分析的不足，通过建立热-力耦合仿真模型对比研究不同微织构刀具、微织构几何尺寸以及切削速度对切屑形成的影响规律。数值仿真结果表明：微织构刀具更有利于断屑，二次切削作用使切屑的弯曲半径变大，微织构可以减小刀屑之间实际接触面积，降低切削温度。增大微织构宽度可以增强微槽的二次切削作用，利于断屑，但应注意其对刀具强度的削弱作用，而增大相邻微槽间距则会出现相反的二次切削作用机制。提高切削速度对各刀具均有利于断屑，弧形微织构刀具的降温效果最好，V形微织构刀具次之，矩形微织构刀具降温效果最差。研究结果对进一步理解微织构刀具对钛合金切屑的二次切削作用机理提供一定参考。     

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。     

三维网格动态细化技术在切削仿真中的应用

为解决切削加工有限元仿真模型求解速度与精度难以平衡的问题，提出了一种适用于三维有限元模型的网格动态细化算法。该算法的主要功能包括网格细化区域判断、网格细化以及新旧网格物理场传递。采用Python语言对Abaqus软件进行二次开发，将该算法应用于Ti2AlNb钛合金车削加工仿真之中，并最终通过实验验证了仿真模型的准确性。与采用局部网格细化的仿真模型计算结果对比，采用网格动态细化技术的仿真模型求解切削力误差增加了7.3%，求解最大应力误差增加0.2%，求解速度提升174.2%。实现了在保证仿真计算精度的基础上，有效提高运算速度。     

CFRP材料振动制孔研究进展

本文对碳纤维增强复合材料(CFRP)的特性进行了回顾,概述了目前纤维叠层材料孔加工缺陷和应对办法。简述了振动辅助加工(VAM)的特点,以及振动辅助钻削加工(VAD)对加工缺陷的抑制机理,最后总结了目前振动辅助钻削CFRP取得的进展。     

偏置正交弧线齿面齿轮齿面设计及根切研究

为拓宽面齿轮的应用空间，结合面齿轮与弧线齿的特点，提出了偏置正交弧线齿面齿轮。根据坐标变换规律及啮合原理推导了全齿面的方程，并在Matlab软件中建立了全齿面模型。结合齿面模型及根切原理,利用Matlab软件编程计算了齿面根切的位置。借助CATIA软件二次开发进行仿真切齿试验，验证了计算的正确性。探究了各参数对最小内半径的影响，结果表明:坐标系距离与最小内半径呈负相关，刀具圆弧半径、偏置距离及模数都与最小内半径呈正相关，其中模数对根切位置影响最大。最后计算了顶尖位置，通过最大外半径与最小内半径之差确定了面齿轮的最大齿宽。      

基于零厚度内聚力单元单向碳纤维增强树脂基复合材料微观切削机理研究

为探究碳纤维复合材料(CFRP)微观切削机理,通过有限元法,采用零厚度内聚力单元模拟界面相,碳纤维建模呈圆柱状并随机分布于基体中,以此来真实反应CFRP的微观结构。通过对各组成相设置不同的材料本构、材料失效和演化准则,对4种典型角度(0°、45°、90°、135°)进行直角切削仿真,探究不同纤维角度下单向碳纤维增强树脂基复合材料(UD-CFRP)在切削过程中的微观切削机理。结果表明:不同纤维角度下CFRP的微观破坏形式不同,切削0°CFRP时破坏主要以界面开裂和纤维折断为主,切削45°和90°CFRP时主要是刀具的侵入破坏,切削135°CFRP时则发生纤维的断裂和沿纤维方向的裂纹,纤维断裂点在刀刃下方。最后,通过实验验证了微观模型的准确性。     

高速切削GH4169高温合金时的残留变形及切削力仿真

应用ABAQUS有限元分析软件建立了高速切削镍基高温合金GH4169的二维切削仿真模型,对切削过程进行了模拟,获得了切削过程中的应力变化及分布情况、切削速度和切削深度对切出端应力分布、残留变形及切削力的影响。研究结果表明:在切削过程不同的切削阶段中第一变形区的最大等效应力大小总体变化不大;切削速度对工件切出端应力分布的影响不大,切削深度增大使得较大应力分布面积明显增大;刀具切出工件后在工件切出端处会形成塑性延伸变形,塑性延伸长度在切削速度较低时较大,而在切削速度较大时较小且变化不大,塑性延伸长度随着切削深度的增加而增加;切削分力F_x随切削速度和深度的增大而增大,F_y随切削深度的增加而有所增大,但切削速度对F_y的影响较小。切削深度对F_x的影响较切削速度更大。     

碳纤维增强PEEK薄壁结构件加工工艺研究

对PEEK/CA450材料特性、切削性能进行了分析,通过加工试验研究了该材料典型薄壁零件的工艺特点、切削参数及热处理过程,优选出最佳的工艺参数。试验结果表明:优化零件结构设计可以有效降低材料内应力和加工难度;采用PCD刀具及合适的切削参数可以保证该材料薄壁零件的加工质量;加工过程中的热处理有助于提高产品的成品率和尺寸精度。采用优化后的工艺方法,最终成功加工出符合设计性能要求的PEEK/CA450薄壁零件。