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。     

16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢铣削加工切削力仿真与实验研究

为了获得超高强度钢铣削过程中切削力的变化规律,分别基于有限元仿真软件ABAQUS和DEFORM,建立了16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢铣削加工有限元仿真模型并进行了模拟仿真和铣削验证实验,研究了刀具几何参数和铣削参数对切削力的影响规律。结果表明:切削力随前角增大而降低,随后角增大变化不大,其中前角影响较为显著;切削力随铣削速度增大而减小,随每齿进给量、铣削深度和铣削宽度的增大而增大,其中铣削深度和铣削宽度影响较为显著。刀具几何参数的最佳取值范围为:前角6°~8°,后角12°~14°。     

TC11钛合金插铣加工铣削力影响参数的灵敏度分析

 为优化钛合金插铣加工工艺参数,对铣削力的控制提供试验依据,采用三因素四水平正交试验方法对TC11钛合金进行了插铣试验,运用多元线性回归进行数值拟合,建立了三向铣削力的数学模型。基于此模型,采用灵敏度分析的方法,分别分析了三向铣削力对铣削速度、每齿进给量和铣削深度的绝对灵敏度和相对灵敏度,研究了铣削参数对铣削力的影响规律。结果表明：钛合金插铣加工中,三向铣削力都随着铣削速度、每齿进给量和铣削深度的增加而增加,但影响程度不同;z向铣削力比x向、y向铣削力对铣削参数变化更为敏感;三向铣削力都是对铣削深度的变化最敏感,对每齿进给量次之,对铣削速度最不敏感。     

钛合金TB6铣削参数对表面完整性的影响研究

通过TB6钛合金的侧铣加工试验,研究了工艺参数对钛合金加工表面完整性的影响规律.试验结果表明:每齿进给量的变化对加工表面形貌和粗糙度的影响最大;增大每齿进给量和铣削宽度,表面残余压应力有所增大,残余应力影响层变深,材料的硬化深度和硬化程度也有所增大;每齿进给量和铣削宽度的变化对塑性变形层的深度影响较小.     

基于田口法的不锈钢铣削参数优化研究

为提高不锈钢铣削的加工质量和效率,通过不锈钢切削正交试验,研究了铣削参数对表面粗糙度和铣削力的影响。采用田口法和方差分析法对铣削参数进行了优选并分析了铣削参数对表面粗糙度和铣削力影响的显著性。结果表明:在试验参数范围内,表面粗糙度和铣削力随着铣削深度和每齿进给量的增加而增加,随着铣削速度的增大而减小。每齿进给量对表面粗糙度的影响最为显著,铣削深度对铣削力的影响最为显著。     

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。     

CFRP三维铣削仿真模型的建立及层间损伤分析

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有层间结合强度低、各向异性等特点,切削过程中易产生层间损伤。为了对CFRP铣削加工过程中的层间应力、层间损伤进行研究,建立了复合材料三维铣削仿真模型。该模型在结构上采用等效均质建模,层内单元利用VUMAT子程序建立了三维Hashin起始失效准则以及损伤演化过程模型,层间采用Cohesive单元连接以模拟层间损伤的产生及扩展。通过与实验切削力数值的比较,验证了仿真模型的准确性。利用该模型分析了切削力、层间应力及层间损伤随纤维方向角(0°、45°、90°、135°)的变化规律。结果表明:铣削过程加工损伤主要集中在近工件表面。铣削力、层间应力、层间损伤受纤维方向角的影响,纤维方向角为90°与135°时,轴向铣削力较大,层间应力与层间损伤均随纤维方向角的增加而增大,纤维方向角为135°时,层间应力最大,层间损伤最严重。     

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。     

新型铝锂合金2060T8板材铣削试验研究

设计开发了一种可用于薄板材铣削夹持固定的真空吸附系统,并通过一种新型铝锂合金2060T8的铣削试验,对该系统的实用性进行了验证;然后基于该系统,通过正交试验,进行了2060T8的铣削性能试验研究,主要进行了铣削加工参数对零件加工表面粗糙度的影响研究。结果表明,影响表面粗糙度的因素主次关系是:铣削深度每齿进给量铣削宽度主轴转速;表面粗糙度随铣削深度、每齿进给量、主轴转速的增加而增大,随铣削宽度的增加先减小后增大。     

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。     

CFRP-TC4叠层板的钻削实验

采用硬质合金麻花钻对CFRP-TC4叠层板进行钻削试验,分析了钛合金层加工参数对钻削力、钻削温度和加工孔质量的影响。结果表明:随着转速的增加,钛合金层的轴向力逐渐减小;随着钛合金层进给量的增加,钛合金层与CFRP层的轴向力之比逐渐增加。运用指数公式模型对钛合金层轴向力实验结果进行回归分析,得到轴向力与转速以及进给量之间的关系式:F_z=2 088n~(-0.1222)·f_r~(0.2016),并对该方程进行了检验验证,误差均小于10%;在钛合金层进给量不变时,随着钛合金层转速的增加,CFRP的最大烧伤环直径和层间最高温度逐渐增加。     

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。     

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).     

纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。     

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。     

GFRP铣槽加工铣削力及表面粗糙度研究

铣槽是复合材料较常用的机械加工形式之一。为研究玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)铣槽加工中各加工参数对铣削力和表面粗糙度的影响,开展了以主轴转速、进给速度和轴向切深为因素的正交试验,研究铣削力和表面粗糙度的变化规律。并用Matlab软件对铣削力和表面粗糙度的试验数据进行回归分析,建立了铣削力和粗糙度的经验公式,最后通过试验验证铣削力和表面粗糙度经验公式的正确性。结果表明:轴向切深对铣削力影响最大,其次是主轴转速,进给速度对铣削力影响最小;主轴转速对粗糙度的影响最大,其次是进给速度,轴向切深对粗糙度的影响最小。试验结果与铣削力、表面粗糙度经验公式算得的数值对比,误差范围都在20%以内。     

Effect of ultrasonic vibration on finished quality in ultrasonic vibration assisted micromilling of Inconel718

Inconel718 was machined with the traditional micromilling (TMM) and ultrasonic vibration assisted micromilling (UVAMM) with the different technology parameters, whose surface quality and burrs formation were studied. The results show that TMM often forms pits, bumps and gullies in the size effect range. UVAMM effectively improves the surface quality compared with TMM. The surface defects are significantly reduced with the increase of feed per tooth (ƒ_z). When ƒ_z exceeds 4 μm, the effect of ultrasonic vibration on the surface quality is no longer obvious. The minimum burr size on the down milling side and the up milling side are 50.23 μm and 36.57 μm, respectively. The feasibility of vibration cutting in improving surface quality and suppressing burr size was verified. UVAMM effectively suppresses the formation of built-up edge, which can significantly improve the micromilling process. The cutting force is obtained through simulation and experiment. They are agreement in the change trend. The finite element simulation can be used to predict the cutting force. Compared with TMM, feeding force (F_x), radial force (F_y) and axial force (F_z) of UVAMM decrease by 7.6%, 11.5% and 1.3%, respectively.