薄壁件铣削过程加工变形研究进展

机床加工性能和刀具切削性能的发展使得薄壁件的高效率和高精密加工成为可能,也使得薄壁件在航空航天领域得到更广泛应用。薄壁零件结构复杂、刚度低,在铣削过程中易发生变形,因此精准预测与控制薄壁件的加工变形是机加工领域亟需解决的工艺难题。通过对薄壁件分类以及加工工艺分析,归纳总结引起薄壁件加工变形的因素,对加工变形影响最为关键的铣削力计算模型进行简述;结合国内外薄壁件变形预测与控制方法的研究,以弹塑性和数值模拟方法对薄壁件加工变形进行预测,通过加工工艺优化、辅助支撑技术、高速切削技术和数控补偿技术等方法对薄壁件加工过程的变形量进行控制;基于数据驱动数字孪生体的更新迭代,实现薄壁件实际加工过程的孪生及薄壁件变形预测与控制,构建了以数字孪生为平台的薄壁件加工变形预测与控制理论框架;最后对数字孪生在薄壁件加工变形预测及控制的发展与应用提出展望。     

滑轨高速铣削加工

针对国产某型号座椅中滑轨零件的加工变形难以控制及提高加工效率的问题,研究了滑轨高速铣削工艺.用高速铣削加工代替龙门刨可确保达到设计要求,并为加工长薄壁零件积累了经验.     

铣削过程中误差预测与补偿技术研究进展

 研究铣削过程的机理,对于实现加工过程的精密化与高效化至关重要。介绍了国内外铣削仿真模拟的研究进展,阐述了数值计算方法以及有限元技术在铣削误差控制中的具体应用。对切削力建模方法、表面误差预测方法、材料去除建模方法以及误差补偿等关键技术进行了重点介绍,并对各关键技术所包括的核心思想、算法及仿真流程进行了详细讨论。最后对铣削过程误差控制技术的发展方向做出了展望。     

航空航天薄壁件铣削过程加工状态监测研究进展

对切削加工状态进行精准监测,是实现航空航天薄壁件加工变形控制的重要保障。围绕航空航天薄壁件铣削加工状态监测的最新研究进展进行了评述,详细介绍了建立加工状态监测模型的关键技术与方法,包括加工信息采集处理、特征提取和特征融合。归纳了学者们在薄壁件加工过程中对刀具磨破损、铣削颤振、铣削变形等具体状态监测的研究进展。基于数字孪生技术,构建了面向薄壁件铣削加工状态监测的优化系统。最后,根据现阶段本领域发展状况对薄壁件铣削加工状态监测进行了展望。     

航空薄壁框类零件铣削加工变形机理研究

首先介绍了刀具-薄璧深腔框类零件铣削力的计算方法,通过对铣刀弯曲模型的刚度等效简化了刀具弯曲变形的计算,在此基础上研究了刀具弯曲对加工表面质量的影响规律,针对实际加工案例,设计多种铣削方案进行仿真计算比较,综合考虑表面加工精度、铣削效率和刀具耐用度,找到较佳的加工方案,保证了薄壁深腔零件加工的高效高精度。     

GH4169G整体叶盘阶梯铣削稳定性研究

为解决高强高温合金GH4169G整体叶盘叶片铣削加工不稳定问题,通过有限元分析的方法,分析了沿大径方向(叶片宽度)和轴向(叶身方向)两种逐层铣削方案对加工稳定性的影响,研究了阶梯铣削工艺和传统双面对称铣削工艺对整体叶盘叶片铣削稳定性的影响.结果表明:沿大径方向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度小于实际加工中可能的最大切削深度,主轴转速、切削深度等切削参数选择范围较小;而沿轴向逐层加工时,其理论绝对稳定极限切削深度大于实际加工中可能的最大切削深度.与传统双面对称铣削工艺相比,阶梯铣削工艺使整体叶盘叶片的刚度得到提高,相同载荷下叶片的最大变形量降低了60%,其前6阶模态频率均较高,加工过程更稳定,加工出的叶片能满足设计要求.      

航空结构件铣削变形及其控制研究进展

随着机床加工性能和刀具切削性能的提升,航空结构件的高效高精加工成为可能.航空结构件薄壁加工特征多,在铣削过程中易发生变形,因此预测与控制航空结构件的加工变形是切削加工领域内亟待解决的难题.通过总结了航空结构件的特点及加工难点,对加工变形形成机理进行深入分析;对加工变形影响最为关键的铣削力模型进行归纳;阐述了航空结构件残...     

旋转超声铣削铝合金切削力及表面粗糙度机理分析

进行了有、无旋转超声下的6061铝合金件铣削对比实验,将测力仪采集到的有、无超声时切削力数据通过MATLAB进行分析,并利用白光干涉仪观测了两种加工方式下的铣削铝件表面粗糙度。实验结果表明旋转超声铣削的切削力和表面粗糙度与普通铣削差别不大,但是旋转超声铣削铝件对抑制刀具黏着有较好的效果。     

钛合金径向超声振动铣削表面粗糙度研究

为提高钛合金零件加工质量,设计了径向超声振动辅助铣削试验装置,研究了切削速度、切削深度、进给速度和超声振动幅值对钛合金零件表面粗糙度的影响规律.试验结果表明,与普通铣削相比,径向超声振动铣削后工件上的刀痕更加平整、分布更加均匀,材料去除更彻底,有效减少了由于钛合金切屑粘刀造成的表面划痕和积屑瘤等现象.在不同的切削参数下,径向超声振动铣削均可以改善钛合金零件的表面粗糙度,这一点在低速切削时更为明显,而超声振动幅值过大或过小都会影响加工质量.对加工系统的切削力进行了分析,发现超声振动辅助铣削时系统的切削力明显减小,有助于提高加工系统的稳定性,从而能够获得较好的表面质量.     

碳纤维复合材料高速开槽铣削试验研究

针对碳纤维复合材料加工常用的开槽切削进行了高速铣削试验,对切削力进行了检测并在此基础上进行了经验公式回归分析,分析了转速、进给速度、切深对切削力的影响及正反螺旋对切削棱边毛刺的影响。     

钛合金切削力和表面粗糙度试验研究

在对TC4-DT钛合金进行铣削试验的基础上,从切削力和刀具失效的角度研究了铣削刀具适配性,根据优选刀具的试验结果建立了表面粗糙度预测模型,分析了铣削参数对表面粗糙度的影响规律.结果表明:在选定的刀具条件下,无涂层、大刀尖圆弧半径和刀齿数少的刀具适合切削TC4-DT钛合金;铣削宽度对表面粗糙度影响最大;铣削深度和铣削宽度对表面粗糙度的综合影响呈马鞍面趋势.     

基于动力学仿真技术的TC4整体叶轮铣削参数优化

针对某航空发动机TC4整体叶轮在数控加工过程中存在颤振、加工效率低及因加工变形而导致局部超差等问题,提出了相应的铣削参数优化解决方案。在进行切削力系数辨识试验获取TC4材料的切削力系数及锤击试验获取加工系统动力学特性参数的基础上,通过综合使用自行开发的铣削加工动力学仿真软件SimuCut和国外的CutPro软件进行动力学仿真与优化,获得了优化的切削参数。使用优化的切削参数进行加工,有效地消除了颤振和因加工变形引起的局部超差,提高了加工效率。     

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。     

TC17钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响研究

为了获得高性能航空发动机用TC17钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试,建立了刀具磨损对残余应力的影响关系,并对影响机理进行了分析。结果表明,硬质合金刀具低速铣削钛合金时,刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位;不同刀具后刀面磨损量下,残余压应力沿深度方向先增大达到一个最大压应力值后,然后减小趋向于零应力;表面残余应力、最大残余压应力以及残余应力的影响深度都随刀具后刀面磨损量的增大呈增大趋势。     

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。     

航空薄壁件铣削加工中保持工艺系统高刚性方法

针对航空铝合金薄壁工件铣削加工时易出现的颤振以及切削效率低的问题,从动力学角度出发进行了深入的分析研究,提出了通过采用保持工艺系统高刚性的加工过程工艺优化与铣削加工动力学仿真结合的方法进行铣削加工.试验结果证明本法可以收到很好的效果,较好地解决了航空铝合金薄壁结构工件加工的颤振问题,提高了工件的加工表面质量和切削效率.     

碳纤维增强复合材料铣削和钻孔技术研究进展

碳纤维增强复合材料(特别是碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料)具有比强度和比模量高、耐高温、抗腐蚀等特点,被广泛应用于航空航天等领域.由于碳纤维增强复合材料硬度高、脆性大、层间剪切强度低等特点,使其在加工中容易出现毛刺、分层、撕裂等加工缺陷,并且刀具磨损快、耐用度低.针对碳纤维增强树脂基复合材料和碳/碳复合材料的加工问题,从铣削和钻削两个方面讨论了加工参数、加工刀具、切削力预测以及超声振动钻孔和螺旋铣孔等方面的技术,总结了目前提高碳纤维增强复合材料加工质量的工艺方法.     

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。     

Time-domain modeling of a cutter exiting a workpiece in the slot milling process

In a milling operation, there must be processes of a cutter entering and exiting the work-piece boundary. The cutter exit is usually in the feed direction and the dynamic response is different from that in the normal cutting process. This paper presents a new time-domain modeling of mechanics and dynamics of the cutter exit process for the slot milling process. The cutter is assumed to exit the workpiece for the first time with one tooth right in the feed direction. The dynamic chip thickness is summed up along the feed direction and compared with the remaining workpiece length in the feed direction to judge whether the cutter is ready to exit the workpiece or not. The developed model is then used for analyzing the cutting force and machining vibration in the cutter exit process. The developed mathematical model is experimentally validated by comparing the simulated forces and vibrations against the measured data collected from real slotting milling tests. The study shows that stable cutting parameters cannot guarantee stable cutting in a cutter exit process and further study can be performed to control the vibration amplitude in this specific process.     

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.