振动切削——薄壁零件加工的新技术

采用三维振动试验台,对不锈钢制做的薄壁测试模型进行了加工试验,实验结果表明,振动切削方法能够加工达到薄壁测试模型各项技术要求的零件,是薄壁零件加工的新技术。     

GH4169高温合金高速切削表层微观组织分布规律研究

高速切削过程中,剧烈的塑性变形和极高的切削温度容易引起已加工表层材料的微观组织缺陷,从而成为工件服役过程中疲劳断裂的潜在风险。本文结合试验测试和有限元仿真研究了GH4169高温合金高速加工表层材料的微观组织演变规律及形成机制。开展了高速正交切削试验,并通过电子背散射衍射（EBSD）技术观测了已加工表层材料的微观组织。随后,基于修正的Johnson–Cook本构模型建立了GH4169高温合金高速正交切削有限元分析模型,并获得切削过程中工件表层材料的温度场和应变场。结果表明,已加工表层材料的温度、应变和微观组织均呈现梯度分布特征,近表层材料的晶粒细化至纳米级。切削过程中产生的梯度分布的力–热载荷是导致已加工表层材料微观组织呈现梯度分布的原因。     

一种面向绿色高效的数控铣削参数优化方法

针对数控切削加工过程的高效绿色发展要求,基于数控机床主传动系统能耗模型,以最小单位切削能耗作为优化目标,建立了铣削加工优化模型,进一步采用人工鱼群算法对目标函数求解。通过铣削加工实例对铣削加工优化模型进行验证,并将优化后的参数与切削手册的经验参数及取得最大材料去除率的参数相比,发现单位切削能耗分别减少12.7%和13.8%。研究表明,所提出的切削参数优化模型能有效提高加工过程的能效,可为后续铣削加工过程切削参数选择提供参考。     

金属切削加工的热力耦合模型及有限元模拟研究

基于切削加工的热-弹塑性有限元方程并在一定假设的条件下,建立了金属正交切削加工的热力耦合有限元模型。分析、研究了切屑分离标准、刀屑界面的摩擦模型以及热控制方程等切削加工模拟所涉及的关键技术,并提出了几何-应力切屑分离标准。最后,采用ABAQUS软件对材料40CrNiMoA进行了切削加工模拟,并分析、讨论了模拟结果。通过与试验数据比较,证明了所建立的有限元模型的正确性。     

航空发动机材料切削参数优化模型

为提高航空发动机零件的加工效率和切削质量并降低成本,必须选用合理的切削参数。本文介绍了切削数据库系统、切削参数优化方案的选择及其优化模型。     

分层切削加工有限元仿真分析

采用有限元分析方法,利用有限元增量理论,建立了二维金属切削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,模拟了金属分层切削加工过程.得到了每次切削加工的切削力、工件变形和加工后已加工表面的残余应力的大小以及分布状况,并进行了分析.     

激光加热辅助切削加工技术研究进展

综述近年来激光加热辅助切削加工技术的研究进展。在实验研究方面,总结了激光加热辅助车削、铣削、钻削、磨削等不同工艺过程的加工特点,阐述了激光参数和切削参数对加工质量的影响。研究表明:在一定范围内,适当提高激光功率、降低切削速率、减小进给量有利于切削区材料的充分软化,可改善工件材料的切削加工性,提高加工效率和加工质量。目前,激光加热辅助切削加工仿真研究主要集中在切削温度场与切削过程仿真。通过建立温度场模型,可预测材料去除最优温度范围,优化加工工艺参数。切削过程仿真探讨应力、应变、温度等物理量的影响,为实际加工中控制零件表面质量提供了依据。后续工作应进一步加强在加工机理、加工工艺、仿真优化等方面的研究,建立完善的激光加热辅助切削加工数据库,以促进该技术的工业应用。     

CFRP切削过程中的监测控制研究进展

CFRP加工过程的实时监测和控制是提升零件最终加工质量的重要手段.本文从加工过程物理仿真、数学模型及智能模型三方面总结了 CFRP切削加工预测方法研究现状.同时,基于切削过程状态信息获取、特征信息提取以及监测模型构建等方面概述了刀具磨损和加工质量在线监测方法研究进展.在此基础上,探讨了关于在CFRP切削过程中切削力和振...     

硬脆材料的切削模型与应用实例

本文首先阐述了硬脆材料的特性,进而建立了其切削模型。从理论上提出了改善硬脆材料加工质量的方法,并给出了硬脆材料高效切削加工的应用实例。     

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。     

镗削碳纤维复合材料时切削用量对切削力及孔出口撕裂的影响

采用PCD刀具对碳纤维复合材料(CFRP)进行了镗削加工试验,分析了切削用量对切削力、孔出口撕裂因子(撕裂值与孔直径的比值)的影响规律.试验结果表明,三向切削力随背吃刀量、进给量、切削速率的增大而增大.经分析认为,切削速率的增大引起待加工材料的屈服应力增大.由于刀尖圆弧半径较大,试验中出现背向力大于主切削力的现象;撕裂因子与背吃刀量基本无关;进给量与撕裂因子呈线性正相关;当切削速率增大时撕裂因子呈减小趋势,并且减小到一定程度后基本不变;采用PCD刀具镗削加工该材料能够有效地减小孔出口撕裂程度.     

超声振动切削对耦合颤振的影响

以耦合颤振为研究对象,通过理论分析和实验测量,研究了超声振动切削(UVC)方法对其影响及机理。超声振动切削可以通过控制系统能量摄入抑制耦合颤振。一方面,确定系统发生耦合颤振具有临界能量阀值,系统摄入能量为瞬时切削功率在净切削时间内的积分;建立的临界切削深度模型,表明超声振动切削可以增大临界切深,这表示系统具有更大的切削功率阀值,其原因是超声振动切削方法净切削时间减少,从而在一定切削时间内维持系统能量摄入总量不变,保证切削系统的稳定。另一方面,在相同条件下,超声振动切削可以有效降低平均切削力,减少系统摄入的能量,从而减弱耦合颤振的振动幅度,对其进行抑制。使用自行研制的弱刚度镗杆进行了对比实验,实验结果表明:超声振动切削可以增大临界切削深度且临界切深与占空比成反比;在相同条件下减小了系统振动幅度,获得了更好的加工质量。     

基于灰色关联分析的微量润滑系统工艺参数优化

为解决钛合金铣削加工中微量润滑系统工艺参数优化问题,采用正交试验法以空气流量、切削液用量、切削液浓度为变量,表面粗糙度Ra和切削力为评价指标开展钛合金微量润滑铣削试验。基于灰色关联和主成分分析法对微量润滑系统工艺参数进行多目标优化,通过分析各因素对灰色关联度的影响规律,确定了最佳系统参数组合为空气流量90L/min、切削液用量15mL/h、切削液浓度70%。经验证优化后的工艺参数可有效提高工件表面质量,减小切削力,为合理选择微量润滑系统工艺参数提供了参考依据。     

Cutting force prediction for circular end milling process

A deduced cutting force prediction model for circular end milling process is presented in this paper. Traditional researches on cutting force model usually focus on linear milling process which does not meet other cutting conditions, especially for circular milling process. This paper presents an improved cutting force model for circular end milling process based on the typical linear milling force model. The curvature effects of tool path on chip thickness as well as entry and exit angles are analyzed, and the cutting force model of linear milling process is then corrected to fit circular end milling processes. Instantaneous cutting forces during circular end milling process are predicted according to the proposed model. The deduced cutting force model can be used for both linear and circular end milling processes. Finally, circular end milling experiments with constant and variable radial depth were carried out to verify the availability of the proposed method. Experiment results show that measured results and simulated results corresponds well with each other.     

双级高压涡轮气动性能试验状态模化方法

针对双级高压气冷涡轮的低温试验状态模化方法，对以空气为工质、基于不同相似准则数的试验模化状态的流场相似 性进行数值仿真。结果表明：对于有冷气试验模化方法，采用出口马赫数与设计状态一致的模化方法可获得相似性较好的试验状 态流场，此时反力度、载荷系数、马赫数均能保证良好的相似性，主要相似准则数偏差不超过5%；对于无冷气试验模化方法，保持 涡轮几何不变并增大膨胀比使得等熵速比与设计状态的一致，或通过改变叶片数保证各排出口马赫数与设计状态的一致，均能显 著改善无冷气模化状态与设计状态的流场相似性。其中前者反力度相似性接近98%，而后者载荷系数和马赫数的相似性达到了 同样水平，但破坏了模型的几何相似。     

New Cutting Force Modeling Approach for Flat End Mill

A new mechanistic cutting force model for flat end milling using the instantaneous cutting force coefficients is proposed. An in-depth analysis shows that the total cutting forces can be separated into two terms: a nominal component independent of the runout and a perturbation component induced by the runout. The instantaneous value of the nominal component is used to calibrate the cutting force coefficients. With the help of the perturbation component and the cutting force coefficients obtained above, the cutter runout is identified. Based on simulation and experimental results, the validity of the identification approach is demonstrated. The advantage of the proposed method lies in that the calibration performed with data of one cutting test under a specific regime can be applied for a great range of cutting conditions.     

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。     

直角切削6061-T6铝合金剪切区力学行为及微观结构演化预测

力学行为是塑性变形微观过程的宏观表现,早期的金属切削理论模型没有考虑微观结构对切削力的影响。在考虑热力耦合效应的基础上建立了基于位错密度材料模型的6061-T6铝合金直角切削力预测模型,分析了不同切削参数下基于位错运动的塑性变形机制对切削力的影响。结合等分剪切区和非等分剪切区模型,构建了第一变形区多物理场计算方法,提出一种切屑形成过程中由塑性变形引起的微观结构演化解析模型。通过测量切削力和切屑内晶粒尺寸对模型的可行性进行了初步验证。结果表明：剪切区长度变长引起参与位错滑移的材料增多是切削深度增大导致切削力增大的主要原因。增大切削速度导致切削力的降低不是单一变量影响的结果,而是应变降低引起位错增殖数量减少和温度升高引起位错湮灭作用增加的共同作用结果。非等分剪切区模型正确反映了第一变形区温度和应力的分布特征,且与二维有限元模型分布相一致,建立的第一变形区微观结构演化解析模型能够预测切屑内位错密度和晶粒尺寸。     

Mechanistic identification of cutting force coefficients in bull-nose milling process

An improved method to determine cutting force coefficients for bull-nose cutters is proposed based on the semi-mechanistic cutting force model. Due to variations of cutting speed along the tool axis in bull-nose milling, they affect coefficients significantly and may bring remarkable discrepancies in the prediction of cutting forces. Firstly, the bull-nose cutter is regarded as a finite number of axial discs piled up along the tool axis, and the rigid cutting force model is exerted. Then through discretization along cutting edges, the cutting force related to each element is recalculated, which equals to differential force value between the current and previous elements. In addition, coefficient identification adopts the cubic polynomial fitting method with the slice elevation as its horizontal axis. By calculating relations of cutting speed and cutting depth, the influences of speed variations on cutting force can be derived. Thereby, several tests are conducted to calibrate the coefficients using the improved method, which are applied to later force predictions. Eventually, experimental evaluations are discussed to verify the effectiveness. Compared to the conventional method, the results are more accurate and show satisfactory consistency with the simulations. For further applications, the method is instructive to predict the cutting forces in bull-nose milling with lead or tilt angles and can be extended to the selection of cutting parameters.