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.     

铝合金薄壁整体构件的高速铣削试验研究

以铝合金雷达波导件的高速铣削加工为例,通过设计专用夹具、选用硬质合金刀具进行顺铣、遵循分面加工原则、优化走刀方式和路线、优化切削参数来控制并且减小变形,可以很好的实现铝合金薄壁整体构件结构件的高速铣削加工,并且加工时间缩减为普通铣削的1/3。     

铝合金高速铣削温度的动态测量

用红外辐射测温技术对铝合金铣削温度进行了间接、近似、直观的测量,获得了高速铣削研究所必需的温度数据,并测出铣床主轴转速为7500r/min左右时切削温度达到最高临界值.     

7075铝合金切削参数优化试验研究

本文利用基于铣削加工动力学原理的参数测试分析和动力学仿真计算软件,研究了7075铝合金高速切削加工工艺的参数优化方法和实现过程,提出了信息采集、数据计算、参数验证过程中应注意的问题。试验表明,在稳定切削状态下,合理地选择工艺参数可以有效地提高单位时间的金属去除率。     

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.     

超薄铝合金零件的高速铣削试验与应用

以 70 75 -T30 0 0系列铝合金预拉伸板材为加工对象 ,对高速铣削加工技术在超薄结构件加工中的工艺方法确定、切削参数选择以及刀具平衡等问题进行了试验研究 ,成果已获得应用     

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削切削振动研究

使用直径为20mm的商用高速钢和硬质合金刀具,在中低切削速度和大切宽条件下对高速列车车体用T5热处理6N01铝合金双壳薄壁W型结构件进行重负荷铣削试验,重点对铣削振动及其影响因素进行研究.结果表明:当铣刀铣削至结构件的筋板交叉处时振幅有突变增加,其值为铣削铝合金薄壁时的3～6倍;在中低速铣削范围内,重负荷铣削该结构件时易发生自激振动和强迫振动.研究同时表明,机床转速和每齿进给量是影响切削振动的显著因素,波刃刀具切削振动幅值显著大于非波刃,螺旋角较大的刀具和齿数较少的刀具其切削振动较小;在剧烈的切削振动下,高速钢刀具易发生刀尖崩刃,波刃刀具则易发生严重粘结.     

不同材质刀具在7075铝合金高速铣削中的磨损研究

为了研究7075铝合金高速铣削中不同材质刀具的磨损与选用,采用化学气相沉积法（（CVD）制备微米（MCD）/纳米（NCD）金刚石涂层刀具,利用场发射扫描电镜观察膜层的表面形貌,结合拉曼谱仪分析CVD金刚石涂层刀具薄膜的结构和成分;分别采用同规格尺寸的硬质合金刀具、MCD涂层刀具在无润滑干切条件下,进行粗加工高速铣削试验,观测两种刀具在加工一定距离后的磨损状况;分别采用同规格尺寸的硬质合金刀具、MCD涂层刀具、NCD涂层刀具在无润滑干切条件下,进行精加工高速铣削试验,观测和分析工件精加工铣削后的表面粗糙度值。结果表明：在大切深高速粗加工铣削7075铝合金时,MCD涂层刀具的寿命为硬质合金刀具的3倍;在小切削深度大进给的高速精加工7075铝合金中,三种刀具铣削后的工件表面粗糙度平均值分别为0.981、1.122和0.960 μm,NCD涂层刀具的加工效果要优于MCD涂层刀具;同时通过同一材质刀具的粗、精加工试验对比,发现同规格尺寸的刀具在小切深大进给高速精加工中的寿命是大切深大进给高速粗加工寿命的10倍。这说明7075铝合金的粗加工铣削优选MCD涂层刀具,精加工铣削优选NCD涂层刀具。     

航空铝合金铣削加工中切削力的数值模拟研究

为了弥补当前斜角切削数值模拟多采用直线刀刃的不足,结合立铣加工的实际情况,提出了适合立铣加工的螺旋齿单刃斜角切削有限元模型,进而对航空铝合金7050-T7451进行了铣削加工切削力的数值模拟研究,得到了切削力值。通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值,数值模拟结果与实验值比较吻合,从而证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值。铣削加工切削力的数值模拟研究为航空铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制整体结构件的加工变形提供了新的研究手段。     

高速铣削TC21 钛合金的表面粗糙度

通过对TC21钛合金进行高速铣削加工试验,测量不同切削参数下的表面粗糙度.采用正交方法来安排试验和极差分析法对实验数据处理,分析了不同切削参数对粗糙度的影响.其中对TC21钛合金表面粗糙度影响最为显著的因素是每齿进给量,其次为切削深度和切削速率,最后为切削宽度.通过对粗糙度影响机理分析在加工中宜采用较小的进给量和切削深度、较大的切削速率和切削宽度.     

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料超低温铣削实验

石英纤维增强聚酰亚胺复合材料是一种非均匀的各向异性材料,采用传统铣削方法对其进行加工时存在刀具磨损严重、切削力较大、加工效率低等问题。为此本文采用超低温冷却铣削方法对石英纤维增强聚酰亚胺复合材料进行铣削实验,并与传统干铣削方式进行了对比,分析了包括加工表面形貌、粗糙度、切削力和刀具磨损等切削性能。结果表明:两种工况下,表面粗糙度随主轴转速的提高而降低,随切深的增加呈先降低后增大趋势;相对于干铣削,不同切削速度下超低温冷却铣削有效抑制了低速干铣削纤维起毛、高速干铣削黏结剂烧蚀缺陷,表面质量都得到改善,刀具耐用度得到提高。超低温冷却引起的复合材料切削力增大,纤维断屑方式的改变以及切削热的有效降低是提高加工质量的主要原因。     

高速切削有限元模拟技术研究

有限元模拟是研究高速切削机理的有效方法,本文致力于有限元模拟所必需的关键技术研究。依据大变形理论和虚功原理对高速切削过程进行分析,建立了基于拉格朗日描述的有限元控制方程。通过研究材料动态本构关系、刀屑接触、切屑分离、切屑断裂和切削热动态耗散与传导关键技术建立了正交切削有限元模型,提出材料本构关系建立方法和切屑断裂能量解释观点,最后结合实例进行高速切削模拟,并对模拟结果进行分析和验证,指出所建立的有限元模型是合理的。     

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.     

7050航空铝合金“单因素”本构模型参数与温度相关性研究

从理论和实验两方面研究7050航空铝合金"单因素"本构模型中参数与温度的相关性.通过位错理论分析和进行材料基本关系式推导指出铝合金材料模型受温度的影响.设计准静态压缩实验和高速冲击压缩实验研究材料的静、动态力学性能.通过对试验数据的分析、拟合和比较,得出7050航空铝合金"单因素"本构模型中的参数与温度相关的结论.根据试验结果建立材料参数与温度之间的数学映射,并在此基础上构建7050航空铝合金单因素"本构模型,最后进行切削实验验证模型的正确性.7050航空铝合金"单因素"本构模型的建立为进一步开展切削加工有限元模拟和进行工艺优化奠定基础.     

高温合金高速铣削表面形貌及组织研究

为研究高温合金GH4169高速铣削表面完整性,在测量铣削过程中切削力随时间及切削参数变化规律的基础上,分析了高温合金加工表面形貌及微观组织的演化规律.结果表明:在本试验参数范围内,切削力随着切削速度的增加先升高后降低;铣削表面粗糙度随着切削速度增加而下降,随每齿进给量的增加而增加;变质层主要出现在主切削刃形成的切削表面...     

D406A超高强度钢的钻削性能研究

针对D406A超高强度钢的性能特点，选用了五种麻花钻进行钻削试验。结果表明，HSP15含钴超硬高速钢麻花钻较适于经热处理强化后D406A超高强度钢的钻削加工，且在钻头几何参数和钻削用量选择合理、使用合适切削液的条件下，可有效地改善D406A超高强度钢的钻削性能。     

预浸料厚坯超声切割工艺研究

 预浸料厚坯超声切割技术,具有无刀具磨损、加工速度快、加工精度高、无粉尘污染等优势,切割质量优异,在国外已得到了广泛应用,而国内目前仍处于初期研究阶段。本文以航空航天应用为主的碳纤维预浸料厚坯为实验材料,研究了切割温度、切割速度以及切割能量等切割工艺参数对切割质量的影响。研究结果表明,对于一定厚度的预浸料厚坯,最优的切割工艺参数组合:切割温度为5℃,切割速度为1.0 m/min,切割能量为8级。该研究方法与研究成果为超声切割技术在预浸料切割中的应用奠定了基础。     

Modeling high-speed cutting of SiCp/Al composites using a semi-phenomenologically based damage model

In this paper, we attempts to investigate cutting mechanisms in high-speed cutting of Al6061/SiC_p/15p composites using a semi-phenomenologically based damage model in the equivalent homogeneous material (EHM) framework. By combining macroscale EHM modeling and underlying microscale physical mechanisms, a feasible semi-phenomenological plastic model is proposed for prediction of cutting forces and chip morphology during high-speed turning Al6061/SiC_p/15p composites. This model incorporates the modified Weibull weakest-link effect to represent the strain-based damage evolution in large deformations. This proposed semi-phenomenological constitutive model is implemented by compiling material subroutines into cutting finite element (FE) codes. The effects of the critical shear stresses on chip formation that depend on the tool-chip frictional coefficient are accounted for in the cutting FE model. The chip formation mechanism affecting material removal behaviors during high-speed turning is further investigated. The capabilities of the proposed constitutive model are evaluated by comparing cutting forces and chip morphologies between experiments and simulations at different cutting speeds associated with strain rates. The EHM-based and microstructure-based models are further compared in both computational efficiency and accuracy. The simulation results show that the developed semi-phenomenological constitutive formalism and cutting model are promising and efficient tools for further investigation of dynamic mechanical and cutting behaviors of particle-reinforced composites with different volume fraction and particle size.     

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...     

PCBN刀具切削力及摩擦系数试验研究

对PCBN刀具车削加工时的切削力及摩擦系数与切削用量的关系进行试验研究,并与YN10硬质合金刀具对比,结果表明:PCBN刀具特别适于高速条件下的干式切削加工,而且为了提高生产率,采用大进给量切削比大切深切削较省力又省功率.