高速铣削GH4169切削力及表面粗糙度研究

使用TiAlN涂层硬质合金刀片进行高温合金GH4169的高速铣削正交试验,利用最小二乘法对试验数据进行了回归分析,建立了铣削力和表面粗糙度的经验公式,分析了高速铣削高温合金GH4169条件下切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律。结果表明:切削深度对铣削力影响最大,其次是切削速度和每齿进给量;进给量是影响表面粗糙度的最主要因素,其次是切削深度和切削速度。     

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。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具耐用度研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169实际切削过程中的加工效率低下、刀具磨损严重、加工表面质量差等问题,本文采用正交试验法,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行高温合金GH4169的高速铣削试验。研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度和由于刀具磨损引起的试件表面粗糙度的变化规律;建立了高温合金GH4169的刀具寿命经验公式和刀具磨损与试件表面粗糙度之间的变化规律曲线。结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;TiAlN涂层硬质合金刀片的耐用度随着切削速度的增大而减小;试件的表面粗糙度值随着刀具的磨损总体上呈现增加的趋势。     

铝锂合金高速铣削力的试验研究

针对新型轻量化航空结构材料铝锂合金的高速切削加工,研究分析了切削速度和每齿进给量对其切削力的影响规律,同时对高速铣削铝锂合金、7085、6061和Ly12过程中的切削力进行了对比试验研究。试验结果表明,高速铣削铝锂合金时,随着每齿进给量的提高,切削力显著增大;随着切削速度的提高,切削力变化趋势并不明显,呈现出先稍有增大后又逐渐减小的趋势;高速铣削铝锂合金与高速铣削7085、6061和Ly12时的切削力变化规律相似,数值接近。     

Ti6Al4V钛合金大进给铣削切削力与切削温度的试验研究

采用可转位涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了大进给铣削试验,研究分析了大进给铣削Ti6Al4V钛合金时每齿进给量、切削速度、轴向切深以及径向切深等切削参数对切削力和切削温度的影响。研究结果表明,随着每齿进给量和轴向切深的增加,切削力均呈现增大的趋势,而切削速度和径向切深对削力的影响并不明显;随着每齿进给量和切削速度的提高,切削温度亦呈现升高的趋势。     

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。     

陶瓷刀具车削GH4169表面粗糙度研究

采用单因素试验法,使用陶瓷刀片进行GH4169高温合金的车削试验,分析了各切削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明:进给量是影响高温合金车削加工中表面粗糙度的最主要因素,其次是切削速度,切削深度的影响最小;切削速度在190～230m/min范围内,进给量在0.1～0.2mm/r范围内,可以保障表面粗糙度在1.2μtm以内;进给运动轨迹构成了试件已加工表面形貌轮廓的主要特征     

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.     

GH4169高速铣削参数对表面粗糙度影响研究

采用正交试验法,使用整体硬质合金刀具进行GH4169高温合金的高速铣削试验,分析了各切削参数对表面粗糙度的影响规律,建立了表面粗糙度的预测模型,运用方差分析法,检验了模型的显著性。结果表明:每齿进给量对表面粗糙度的影响最大,其次是铣削深度,铣削速度的影响最小。较高的切削速度和较低的进给速度的交互作用对提高表面质量是有利的。     

铝锂合金高速铣削表面质量的试验研究*

针对新型轻量化航空结构材料铝锂合金高速铣削后表面质量的不确定性和不易预测等问题,对铝锂合金进行了高速铣削试验。试验结果表明：高速铣削铝锂合金时,表面粗糙度随转速变化的趋势不明显,但随着每齿进给量的增加会不断增大;加工表面会出现切削波纹、微小坑洞、残留切屑以及由切削振动引起的毛刺等。此外,并未发现因铣削加工引起的表面微裂纹,表层金相组织并未出现明显改变且表面残余应力幅值较小。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

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。     

基于响应曲面法的高速内冷铣削AISI304不锈钢铣削力

针对硬质合金刀具高速内冷铣削AISI304不锈钢时,切削力大、切削温度高及加工表面质量低的问题。基于响应曲面中心复合设计方法进行高速内冷铣削实验,建立了铣削力分量二阶回归预测模型,并进行了实验验证。对比了干式与内冷铣削后的加工表面质量,分析了铣削参数对铣削力分量的影响规律,以铣削力分量最小为目标优化了铣削参数。结果表明:进给力和径向力的预测值与实验值的误差分别为4. 77%和6. 16%;内冷铣削的Ra为0. 193～0. 327μm;对铣削力分量的影响是铣削深度转速进给量,随着铣削深度和转速的增加,进给力先升高后降低,径向力逐步增加,铣削深度与转速的交互作用对进给力和径向力的影响显著;转速11 643. 63 r/min、铣削深度1 mm、进给量0. 08 mm/r为最优铣削参数组合。     

透波性Si3N4陶瓷铣削加工表面边缘破损实验研究

针对透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工过程中易出现边缘破损现象,通过不同铣削深度实验研究了边缘破损类型、产生位置以及切深对边缘破损影响,并分析了边缘破损产生机理,最后提出了边缘破损控制方法。结果表明:当切深为0.4~0.8 mm时,边缘破损主要集中于出口棱边和入刀侧边;且脆性域加工过程中随着切深的增加,边缘破损程度呈现增大趋势;降低切深至≤0.3 mm且采用跟随周边走刀方式,并保证入刀处刀尖线速度方向与进给方向夹角不小于90°,可以有效控制边缘破损。研究为提高透波性Si_3N_4陶瓷铣削加工表面质量提供了技术支撑。     

Tool Life and Surface Integrity in High-speed Milling of Titanium Alloy TA15 with PCD/PCBN Tools

Titanium alloys are widely used in aeronautics that demand a good combination of high strength, good corrosion resistance and low mass. The mechanical properties lead to challenges in machining operations such as high process temperature as well as rapidly increasing tool wear. The conventional tool materials are not able to maintain their hardness and other mechanical properties at higher cutting temperatures encountered in high speed machining. In this work, the new material tools, which are polycrystalline diamond (PCD) and polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) tools, are used in high-speed milling of Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V (TA15) alloy. The performance and wear mechanism of the tools are investigated. Compared to PCBN tool, PCD tool has a much longer tool life, especially at higher cutting speeds. Analyses based on the SEM and EDX suggest that attrition, adhesion and diffusion are the main wear mechanisms of PCD and PCBN tools in high-speed milling of TA15. Oxidation wear is also observed at PCBN tool/workpiece interface. Roughness, defects, micro-hardness and microstructure of the machined surface are investigated. The recorded surface roughness values with PCD/PCBN tools are bellow 0.3 μm at initial and steady cutting stage. Micro-hardness analysis shows that the machined surface hardening depth with PCD and PCBN tools is small. There is no evidence of sub-surface defects with PCD and PCBN tools. It is concluded that for TA15 alloy, high-speed milling can be carried out with PCD/PCBN tools.     

高速切削超高强度合金钢时次表面层组织特性研究

在切削速度范围157~314m/min内,在23-1析因设计的基础上,对兵器用难加工材料超高强度合金钢进行了高速干式铣削试验。在考查表面特征测量值———表面粗糙度变化规律的基础上,深入分析了加工表面层一定深度内微观金相组织变化规律与显微硬度变化规律。研究结果表明,高速切削超高强度合金钢时,切削用量对工件表面层组织特性有显著影响;高速加工过程对可见表面之下会产生塑性变形堆积层、回火马氏体、过度回火马氏体和回火索氏体等变化;当以较高的切削速度铣削超高强度合金钢时,选择较大的每齿进给量对工件表层金相组织造成的影响较小。     

GH4169DA磨削表面变质层软化机理

为了深入研究高温合金GH4169DA磨削表面变质层软化机理,分别采用光学显微镜、显微维氏硬度计和透射电子显微镜（TEM）分析了其微观组织、显微硬度和γ"相密度。试验结果表明：GH4169DA磨削表面及亚表面发生了明显软化和局部塑性变形。在试验参数范围内,软化深度约为30~100 μm,而变形层的深度只有约4 μm。从基体到磨削表面,γ"相密度由约2.27×10³个/μm²逐渐降低,至距磨削表面约2.2 μm以内γ"相完全消失。该变化规律与显微硬度变化规律一致,最大影响深度也基本相同。分析指出,GH4169DA磨削表面软化的根本原因是在磨削过程中热的作用下,主要强化相γ"密度降低,强化效果减弱。     

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。     

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。