无氧铜微铣削加工中尺寸效应对出口毛刺的影响研究

为预测出口毛刺的形成高度,本文根据微铣削加工中未变形切屑厚度理论,构建出口毛刺几何模型。采用有限元仿真方法,分析微铣削加工无氧铜时尺寸效应对出口毛刺尺寸的影响,发现当未变形切屑厚度与刀尖钝圆半径比值为1时毛刺尺寸达到最小值。分析工艺条件对切削力的影响,发现未变形切屑厚度的改变对切向力的变化有显著影响,切削速度的改变对切削力基本无影响。     

流通面积比对旋流杯油雾速度场的影响

设计了3种不同一二级流通面积比的旋流杯试验件,在气压自模区工况下,运用粒子图像测速仪（PIV）对其出口油雾速度场进行测量,研究了不同流通面积比对旋流杯出口油雾速度场的影响,分析了油雾速度场的结构及其速度分布的变化规律。结果表明:随着一二级流通面积比的增加,旋流杯出口油雾速度场呈现出回流区面积和回流区长度逐渐变小、回流速度逐渐变大、出口射流张角逐渐减小的趋势。此外,从径向速度沿径向分布可以看出,随着流通面积比的增加油雾速度场的抗偏斜能力具有增强的趋势。      

基于经验公式的铣削加工切削力建模研究现状与展望

铣削加工技术是加工航空航天中薄壁件及复杂曲面零件的关键技术之一,可以实现复杂曲面零件高精度、高质量及高效率成形。作为铣削加工的重要现象之一,切削力直接影响刀具的磨损、变形,以及工件的加工效率和质量,为了能够更好地利用切削技术,有必要对切削力的预测进行回顾分析研究。作为铣削力预测技术的关键手段,基于经验的铣削力模型被广泛应用。因此,本研究总结分析了当前关于基于经验的切削力预测技术,综述了切削力系数、未变形切屑厚度、刀具跳动和变形对切削力的影响规律,以期对切削加工质量提供有益参考,最后对该领域未来研究的方向进行了思考。     

淬火钢铣削加工的研究

通过对45号、30CrMnSiA为主的淬火钢(硬度HRC35-50)铣削加工的研究,分析了淬火钢铣削过程中各影响因素,优化了切削参数,确定了适合加工淬火钢的刀具几何参数及材料,明确硬质合金刀具加工淬火钢时,应该采用油雾冷却,为以后的淬火钢铣削加工提供依据和指导。     

Technological Research on Milling of Quench Steel

通过对45号、30CrMnSiA为主的淬火钢(硬度HRC35-50)铣削加工的研究,分析了淬火钢铣削过程中各影响因素,优化了切削参数,确定了适合加工淬火钢的刀具几何参数及材料,明确硬质合金刀具加工淬火钢时,应该采用油雾冷却,为以后的淬火钢铣削加工提供依据和指导.     

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.     

淬硬不锈工具钢高速铣削工艺

结合生产,对S-136淬硬钢高速铣削工艺的刀具选择、冷却方式、进给路线进行了分析。结果表明,对具有大而平底面的模具型腔进行高速铣削时宜采用TiAlN涂层的圆角平头铣刀,使用油雾冷却,进给路线宜采用斜坡切入的圆弧进给方式。     

TC4钛合金纵弯超声振动铣削装置及其加工性能研究

TC4钛合金因其优异的综合机械性能在航空、航天工业中得到了广泛应用,但其高塑性和低导热系数引起的刀具–切屑黏附是制约其铣削加工性能提升的一个关键因素.针对TC4钛合金铣削加工性能提升的需求,提出了一种基于刀具纵弯复合超声振动辅助铣削的加工方式,通过控制刀具纵弯复合超声振动的幅值和相位实现可控的间歇式切削,降低刀具–切屑...     

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。     

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。     

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。     

单向CFRP螺旋铣削力建模

螺旋铣削加工工艺具有降低轴向力,改善排屑、散热条件等优点,螺旋铣削力是其重要过程指标之一。对单向CFRP螺旋铣削力建模方法展开研究,预测给定加工参数下的螺旋铣削力。首先,通过对螺旋铣削过程进行运动学分析和切屑几何分析,建立了螺旋铣削过程中侧刃、底刃动态切屑层模型,纤维切削方向角度模型和动态切削力计算模型。然后,分别通过侧刃直线槽铣实验和底刃半齿插铣实验,对各个切削方向角度下侧刃、底刃切削力系数进行了标定,并利用人工神经网络对切削力系数进行拟合。最后,将标定所得的切削力系数代入动态切削力计算模型中,建立了单向CFRP螺旋铣削过程动态切削力预测模型,并通过实验验证了模型的准确性。与现有模型相比,该模型不仅能够预测刀具螺旋运动周期内的切削力变化情况,还可以对每个刀具自转周期内的细节进行预测,通过考虑纤维切削方向角度对切削力系数的影响,反映了单向CFRP材料的各向异性,较为准确地预测了螺旋铣削力。     

基于Z-map模型的球头铣刀铣削力建模与仿真

对球头铣刀铣削力建模进行了研究。在Z-map仿真模型的基础上,提出了识别加工中参与切削的切削刃单元的方法,通过考虑刀具偏心和刀具变形对瞬时切削厚度的影响,推导出了瞬时切削厚度的表达式,由铣削力和切削负载之间的关系,建立了球头铣刀三轴铣削力仿真模型。铣削力仿真计算与铣削实验的对比表明在考虑刀具偏心和刀具变形后所建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测。     

涂层刀具低温铣削SiCp/Al复合材料表面质量研究

在加工过程中,相反的两相特性增加了SiC_p/Al复合材料加工难度,难以获得良好的表面质量。层和TiAlSiN涂层两种铣刀的切削性能。结果表明,在低温条件下,两种刀具的切削力增加,铣削后表面铝基体的开裂及剥落等缺陷均显著改善,加工表面损伤减小且粗糙度降低,低温铣削能获得更好的表面质量。此外,在常温与低温条件下TiAlSiN涂层比TiAlN涂层铣刀的切削力小,低温条件下TiAlSiN涂层铣刀表面完整性和切屑形貌优于TiAlN涂层铣刀。     

Analytical model of cutting force in axial ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB2/7050Al PRMMCs

Ultrasonic vibration-assisted milling has been widely applied in machining the difficult-to-cut materials owing to the remarkable improvements in reducing the cutting force. However, analytical models to reveal the mechanism and predict the cutting force of ultrasonic vibration-assisted milling metal matrix composites are still needed to be developed. In this paper, an analytical model of cutting force was established for ultrasonic vibration-assisted milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. During modeling, change of motion of the cutting tool, contact of tool-chip-workpiece and acceleration of the chip caused by ultrasonic vibration was considered based on equivalent oblique cutting model. Meanwhile, material properties, tool geometry, cutting parameters and vibration parameters were taken into consideration. Furthermore, the developed analytical force model was validated with and without ultrasonic vibration milling experiments on in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites. The predicted cutting forces show to be consistent well with the measured cutting forces. Besides, the relative error of instantaneous maximum forces between the predicted and measured data is from 0.4% to 15.1%. The analytical model is significant for cutting force prediction not only in ultrasonic-vibration assisted milling but also in conventional milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites, which was proved with general applicability.     

钛合金TB6铣削表面粗糙度与表面缺陷研究

钛合金TB6铣削表面粗糙度对其使用性能具有重要影响,通过试验研究端面铣削参数、干铣削和刀具磨损对表面粗糙度及表面缺陷的影响。研究表明:表面粗糙度对每齿进给量变化最为敏感,其次是铣削宽度,再次为铣削深度,铣削速度最小;刀具磨损量(VB)对粗糙度产生明显影响,尤其VB大于0.2mm时,表面粗糙度将急剧增加,并导致划痕、孔洞缺陷;不同铣削条件下均存刀痕、侧流、隆起等缺陷;干铣削时加工表面出现熔敷物或熔滴,并增大毛刺;毛刺随切削速度的增大而变小,随刀具磨损量VB的增加而变大。钛合金TB6适宜在冷却润滑条件下低速铣削加工。     

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).     

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.     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。     

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。