采用半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的新方法

Nomex蜂窝芯材料具有各向异性、弱刚度的特点,是一种典型的难加工材料。为解决传统插切刀具加工Nomex蜂窝芯时存在的排屑困难、切屑侧的压溃面积大等问题,提出一种采用半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的加工方法。设计了一种新型半圆弧形插切刀具,分析了超声作用下半圆弧形插切刀具的运动规律,揭示了超声振动的引入使切削过程由连续切削变为断续切削的机理。开展了半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯的试验,分析了振幅与进给速度对切削力与切削质量的影响规律。试验结果表明,半圆弧刀具超声插切Nomex蜂窝芯可获得良好的加工效果,超声振动的引入可有效降低插切切削力,提高切削表面质量。研究的半圆弧刀具超声插切技术为蜂窝芯零件轮廓边界的高质量加工提供了新的方法。     

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.     

石蜡辅助加固钛合金薄壁件加工质量分析

建立了钛合金-石蜡系统静力学模型,从静力学角度研究钛合金薄壁框类零件在瞬态切削力作用下工件的受力特点和变形情况;设计石蜡填充钛合金框类薄壁件铣削试验,对试验过程中的振动加速度信号和已加工表面质量进行分析对比,并研究石蜡辅助加固对钛合金薄壁件加工性能改善的作用机理.研究表明:采用石蜡辅助加固能可显著降低钛合金薄壁件加工让刀变形,提高切削加工稳定性,改善加工表面质量.     

SiCp/Al超声椭圆振动车削力热特性仿真研究

SiC_p/Al复合材料在航空航天、精密仪器等诸多领域发挥重要作用,但是其在加工中会出现较高的切削力和切削温度,从而降低其车削加工表面质量和精度。为探究超声椭圆振动作用及车削工艺参数对SiC_p/Al车削的影响,在ABAQUS中建立了SiC_p/Al超声椭圆振动有限元车削仿真模型,优化了SiC_p/Al微观几何建模方法,对车削模型进行验证并开展车削仿真试验研究。试验结果表明,超声椭圆振动车削可有效减少亚表面损伤、表面裂纹等缺陷。通过变切速和变切深单因素试验,发现随着切削速度和切削深度增加,普通和超声车削主切削力和切削温度均增大,超声椭圆振动技术可有效降低SiC_p/Al车削过程的主切削力和切削温度。在所选参数中,切深100μm、切速200mm/s时超声作用降低切削力作用最大;切深20μm、切速600 mm/s时超声作用降低切削温度作用最大。     

PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析

近些年来,航空制造业的巨大进步推动了高温合金,特别是镍基高温合金的高速发展。高温合金材料的难加工问题是目前制造业的难点,其在切削过程中存在切削力大、切削温度高等现象,直接影响到工件加工表面质量和刀具使用寿命等,因此对切削力进行测量和分析是研究高温合金切削加工的有效途径。探究PCBN刀具切削高温合金切削力变化规律,首先阐述高温合金的材料特性及加工特点;其次设计并进行单因素和正交试验,探讨负倒棱对切削力的作用和影响规律,建立切削高温合金切削力预测模型;最后实现预测模型的优化,并与试验数据对比验证,为高温合金工艺参数优化起到参考和借鉴作用。     

单点金刚石铣削KDP晶体实验研究

通过实验研究了KDP晶体铣削加工的切削力特性,分析了切削深度、进给量对切削力的影响,并对KDP晶体和铝合金的切削力进行了比较。结果表明,在不影响加工表面质量的前提下,可以适当加大切削深度和进给量从而提高切削效率。     

蜂窝夹芯复合材料加工技术研究

采用传统加工方法导致的蜂窝夹芯复合材料零件的脱层、起毛、拉丝等表面质量问题一直是困扰该类零件正常交付的主要因素,通过对该材料结构和加工特征的研究,基于大量试验和试切的基础,正确优选加工刀具和切削参数,优化装夹方式。通过波音787和C919项目中产品的实际应用,解决了表面质量问题,提高了产品的一次性交付合格率,同时为该类材料零件的生产提供了有效的理论指导。     

半球陀螺谐振子超声旋转磨削加工关键技术研究

针对Al2O3陶瓷材料半球陀螺谐振子的难加工性,基于超声旋转磨削加工技术研究了其加工过程关键技术,包括超声振动频率选取,刀具结构参数和切削力对谐振子加工影响,以及壁厚均匀性加工.通过模态分析确定超声振动频率;建立了刀具结构参数与薄壁壳体加工表面质量之间数学模型;利用有限元软件研究在切削力作用下谐振子受力变化情况;并分析...     

T800碳纤维增强复合材料精密切削加工机理

以正交切削试验为手段,研究T800 CFRP在小切削余量条件下的切削加工过程和表面形成规律,深入探讨了CFRP在精密切削加工中的切削取向、切削参数范围以及刀具刃口钝圆半径等几个关键问题。试验结果表明:CFRP在切削加工中表现出极为显著的各向异性,切削取向非常重要,0°和135°两个纤维方向上获取了较小的切削力,0°和90°两个纤维方向上形成了较为光滑、平整的表面质量。在精密削CFRP的场合,为获得较小的切削力并得到较好的加工表面质量,0°纤维方向角是最佳切削方向,切削速度应达到200 m/min以上,要选择较小的刀具刃口钝圆半径,切削厚度应大于刀具刃口钝圆半径。     

钛合金螺旋铣孔的切削力和切削温度试验研究

螺旋铣孔技术是航空装备制造领域新出现的制孔技术,因具有加工质量好、效率高等优点被用于加工钛合金、复合材料等难加工材料.采用包括切削速度、切向每齿进给量、轴向每齿进给量和螺旋导程4个基本加工参数描述螺旋铣孔过程,分析了基本参数和螺旋铣孔输入加工参数(自转、公转、进给)之间的关系.在自行研制的螺旋铣孔试验平台上开展了钛合金材料的加工试验,研究了钛合金螺旋铣孔加工中切削温度及切削力的特征,以及基本加工参数对切削温度和切削力的影响规律.试验结果表明,在螺旋导程一定时,切削温度主要由切削速度决定,而与轴向每齿进给量及切向每齿进给量无明显关系;而切削力的影响规律与切削温度相反.切削温度是影响螺旋铣孔过程中刀具磨损及加工孔质量的主要因素.在需同时保证加工效率及加工质量的前提下,应尽量选择大的切向每齿进给量、大的轴向每齿进给量和较低的切削速度.     

旋转超声钻削碳纤维复合材料钻削力和扭矩的研究

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)加工过程中的问题,对金刚石套料钻旋转超声钻削CFRP-T700型复合材料展开了研究。研究发现,钻削力随主轴转速的增加具有减小的趋势,而扭矩则随着主轴转速的增加,呈现增大的趋势;与传统加工相比,旋转超声振动钻削可降低切削力及扭矩达56.6%和39.1%,有效抑制加工缺陷的产生。初步建立了切削力和扭矩之间的数学模型,并通过试验对切削力和扭矩之间的比例常数k加以验证。研究结果表明,旋转超声钻削CFRP在降低切削力和扭矩方面有较大优势。     

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。     

中低速数控铣削参数优化技术研究及应用

采用平均铣削力系数模型对数控加工过程中的铣削力进行仿真预测.在此基础上,综合考虑数控加工过程中机床、刀具以及工件3方面限制加工效率的因素,对主轴转速、进给速度、径向切宽以及轴向切深4个参数进行优化.利用VC与Matlab编程,开发了"中低速数控铣削过程力学仿真与参数优化系统".针对航空难加工材料GH4169,在SandviK推荐参数基础上进行仿真优化.结果表明,基于力学仿真的数控铣削参数优化技术在难加工材料加工中可提高加工效率12%～378%.     

Research on Ultrasonic Vibration Grinding of the Hard and Brittle Materials

It is well known that grinding techniques are main methods to machine hard and brittle materials such as engineering ceramics. But the conventional grinding has many shortcomings such as poorer surface finish,quicker wear and tear of grinding tools,lower effi-ciency and so on. Ultrasonic vibration grinding (UVG) which combines ultrasonic machining and grinding emerged as a developing and promising technique in recent years. In this paper,experimental studies on UVG were conducted on several kinds of hard and brittle material by altering processing parameters such as vibration frequency and its amplitude,diamond abrasive grit size,cutting depth,feeding speed and rotary speed of tools. The experimental results show that alteration in any of above mentioned parameters will bring effects on the processed surface finish of these materials. Of them,the diamond abrasive grit size has the greatest. Moreover,conven-tional grinding experiments were also carried out on these materials. By comparison,it was found that the UVG is superior to the con-ventional method in terms of the ground surface quality,the working efficiency and the wear rate of tools.     

工艺参数对SiC单晶片切割表面质量的影响

SiC单晶片表面质量对其后续半导体器件的制造有很大影响,但其材料的高硬度和高脆性,使切片过程变得非常困难。本文在往复式电镀金刚石线切割装置上采用单因素和正交法进行了SiC单晶切割实验,研究了工件转速、线锯速率、工件进给速率、线锯磨损对晶片表面粗糙度的影响规律以及三维形貌特点。结果表明:附加工件旋转运动,晶片表面质量提高,划痕减少、深度变浅;线速增大、工件旋转速率增大或工件进给速率减小,表面粗糙度值减小;线锯磨损晶片表面粗糙度值增大。相对线速和线锯磨损,工件转速和工件进给速率对晶片表面质量及粗糙度的影响更大。应在综合考虑效率和线锯损耗的基础上合理确定切割参数,尤其是工件进给速率。     

CFRP定心内齿槽的加工

以CFRP复合构件为研究对象,采用横刃减小的成形刀片对复合构件孔内定心齿槽进行加工试验,分析刀片横刃大小与走刀路径对切削力的影响规律。结果表明:刀片横刃的减小有利于切削力的降低,但横刃减小到0.5 mm时,切削力减小的趋势变缓;采用横刃为0.5 mm的刀片沿着齿槽轮廓一次进给完成齿槽加工的走刀方式,其单齿加工时间较短、切削力较小、加工质量较好,该种齿槽加工方案较为合理。     

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.     

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.     

旋转条件下切割SiC 单晶片实验研究

通过旋转条件下切割SiC单晶片,分析了切片表面微观形貌特点,研究了线锯速度、工件进给速度和工件转速对切片表面粗糙度与切向锯切力的影响规律。结果表明:增加工件旋转,切片表面平整光滑,沿线锯运动方向没有明显沟槽及凸起,质量明显得到改善;当转速由0增加到12 r/min时,切片表面粗糙度由1.532μm降到0.513μm;线锯速度和工件旋转速度增大、工件进给速度减小,切向锯切力减小,表面粗糙度减小。当线锯速度和工件旋转速度过大,切向锯切力和表面粗糙度反而会有所增加。     

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。