C/SiC复合材料铣削表面完整性研究

采用PCD刀具进行了C/SiC复合材料的铣削加工实验,通过观察加工表面/亚表面损伤,分析了C/SiC复合材料铣削加工表面形成机制,并结合切削力讨论了铣削参数对加工表面形貌和粗糙度的影响。研究结果表明,C/SiC材料以脆性断裂方式实现去除;加工表面存在纤维的层状脆断、拔出和纤维束断裂等现象;碳纤维区域粗糙度随铣削参数的变化规律与表面微观形貌基本一致;提高切削速度能改善表面质量,增大切深会使表面质量严重恶化,每齿进给量对表面质量影响较小。     

Invar36合金端面铣削力研究

为了研究Invar36端铣过程中切削参数对切削力的影响规律,进行了切削力的单因素实验。对比分析了Invar36与0Cr18Ni9的切削力,研究了切削过程中切削力信号的产生及特征,并对加工过程中的动态切削力进行了频谱分析。分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对切削力的影响规律,建立了切削参数与切削力之间的数学模型。结果表明:刀具坐标系内的径向分力Fr表征了工件对刀具后刀面的挤压作用,单个切削周期内的切向铣削力Ft的峰值超前径向铣削力Fr的峰值。回归模型中的相关系数表明,切削参数对切削力影响的显著性依次为轴向切深、每齿进给量、切削速度。随着轴向切削力的增大,试件表层的Invar36晶粒扭曲程度更加明显,晶粒扭曲深度也随之加深。     

低温铣削T800 CFRP多向层合板的刀具磨损研究

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced plastics, CFRP）因其高强度比以及优秀的耐腐蚀等优异性能在航空航天、汽车等领域得到广泛应用。然而,由于CFRP材料的非均质性和各向异性,其加工过程相较传统均质材料更为复杂,导致刀具磨损严重。针对这一问题,本文选用PCD立铣刀对T800 CFRP多向层合板材料进行低温铣削试验,研究了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度等对PCD刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明,随着切削速度和每齿进给量的增大,刀具后刀面磨损带宽VB呈下降趋势,切削介质温度为-50 ℃时能够得到较小的刀具后刀面磨损带宽。此外,通过MATLAB对试验结果进行了非线性拟合,获得了切削速度、每齿进给量以及切削介质温度与刀具后刀面磨损带宽的映射关系经验模型,为T800 CFRP材料铣削刀具磨损抑制和延长刀具寿命提供了关键支撑数据。     

小直径平底铣刀铣削淬硬钢实验研究

淬硬钢以其优良的特性在模具行业中得到广泛的应用。但是在淬硬钢铣削过程中,其本身固有的极差的切削性能使得刀具磨损、破损非常严重,特别在小直径铣刀加工淬硬钢时影响更为突出。文中通过采用直径为2mm的TiAlN涂层硬质合金铣刀对S136淬硬模具钢进行中高速干式切削实验,分析了小直径涂层铣刀切削淬硬钢时切削速度、进给速度和切削深度对切削力的影响规律;提出在提高单位时间材料去除率并且要求切削力尽可能低的情况下,采取提高切削速度的策略要优于增加每齿进给量的策略;通过SEM观察刀具失效形态分别为刀尖破损、侧刃微崩、涂层烧伤与脱落和疲劳裂纹。为小直径铣刀的应用提供理论依据。     

高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

单颗磨粒切厚均匀化实现脆性材料延性域磨削技术

脆性材料磨削加工中容易出现表面亚表面损伤等质量问题,而且加工效率较低,这已经成为脆性材料产品大规模商品化生产的瓶颈。本文提出了一种新的工艺构想,即采用磨粒有序排布的砂轮及其精细的修整工艺实现单颗磨粒切厚均匀化,使得每颗磨粒都处于脆性材料的延性加工状态,从而实现脆性材料的延性域磨削。基于此构想,制作了磨粒有序排布的单层钎焊超硬磨料砂轮,并进行了一系列的修整和磨削试验,最后实现了氧化锆陶瓷的延性域磨削。实验证明该工艺方法可行,有效且可操作。     

氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

AISI-L6低温辅助车削可持续加工性与工艺参数优化（英文）

为提高生产效率,近年来切削液在机械加工领域的应用显著增加。然而,考虑到切削液对生态、环境和社会有影响,研究人员转向了对环境更友好的冷却条件,如低温冷却。为分析切削速度和进给速度对AISI-L6工具钢在低温冷却条件下的加工性能的影响,采用L9田口灰度关联分析(Grey relational analysis,GRA)分别对切削能量、表面粗糙度、刀具磨损和材料去除率(Material removal rate,MRR)等关键加工指标进行了实验研究。结果表明,切削速度160 m/min和进给速度0.16 mm/r是最优切削参数,能显著提高AISI-L6工具钢加工性能。     

高速铣削系统稳定性动态优化新方法

考虑铣削过程中的自激振动和强迫振动,基于延迟微分方程的稳定性判定准则和强迫振动共振区的半带宽理论,提出一种铣削系统稳定性动态优化新方法.该方法通过选择切削参数和修改系统结构参数,在保证加工表面精度的前提下,获得大的稳定性材料去除率.其目标函数是材料去除率,约束条件是铣削过程稳定且非共振,动态优化变量是铣削系统的切削参数和结构参数.优化程序被阐明,实例分析结果显示,系统在稳定非共振条件下,加工时的材料去除率相比于优化前提高了18.86%.另外,为获得最大的稳定材料去除率和较好的表面精度,在铣削系统优化过程中,应同时考虑颤振稳定性和共振的影响.     

碳纤维增强碳化硅基复合材料的低温铣削研究（英文）

碳纤维增强碳化硅基复合材料(C_f/SiC复合材料)是航空航天高端装备热端构建最具潜力的新型高温结构材料,但是其干切削存在切削温度高、刀具磨损快和加工损伤严重等问题。本文研究了C_f/SiC复合材料的液氮低温铣削特性,并开展了低温切削和干切削的对比试验研究。阐明了铣削用量和低温介质对切削温度、切削力、加工表面质量和刀具磨损的影响规律。结果表明,液氮低温铣削C_f/SiC复合材料的切削温度比干切削降低了40%—60%;低温铣削中,随着铣削用量的增加,切削力逐渐升高;低温铣削的加工表面质量优于干切削。C_f/SiC复合材料的去除机理主要包括纤维断裂、基体破坏和纤维与基体脱黏等。PCD铣刀的主要失效形式是后刀面磨损,液氮低温铣削中低温阻碍了PCD铣刀中粘结剂Co软化和金刚石相变,因此刀具寿命得到提高。     

高温合金螺纹铣削力优化研究

针对高温合金材料的螺纹铣削加工,分析了切削厚度的表达方法,建立了相邻两次走刀形成的截面积的表达方法。在此基础上,研究了高温合金螺纹铣削过程中的铣削力和扭矩,结果表明:螺纹铣削时,铣削力及扭矩与截面积呈正相关。提出了通过使螺纹粗精加工过程中每次走刀的截面积相等,进而优化高温合金螺纹铣削径向切深的加工策略。该策略可有效控制切削力值和扭矩值,这不仅有利于提高刀具寿命和加工精度,亦为制定难加工材料螺纹铣削工艺提供了依据。     

TiN涂层刀具高速铣削铝衬PCB的刀具磨损规律

采用单因素实验比较了不同切削条件下,高速铣削铝衬PCB的TiN涂层立铣刀后刀面磨损VB值的变化。研究冷却方式、主轴转速、每齿进给量对刀具磨损的影响规律。在金相显微镜下观察刀具磨损形貌和分布,发现前刀面上有大量粘结物,并极易产生积屑瘤;而切削路程超过2 000mm时,加工表面质量严重下降,铜箔翻边。     

基于云滴粒子群优化算法的多道次端铣削高效稳定切削参数优化方法

多道次端铣削切削参数对加工时间和加工质量有着正面或负面的影响,因此对多道次端铣削加工参数的优化是非常重要的.本文建立了基于二阶全离散法(Second?order full?discrete method,2ndFDM)的三维稳定性预测模型,以同时优化主轴转速、轴向切深和径向切深.在综合考虑三维稳定性、机床性能、刀具寿命...     

CFRP曲面铣削力及加工缺陷研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)曲面结构不断变化的工件倾角使得在加工过程中易产生分层、毛刺等缺陷。为研究工件倾角对CFRP曲面结构可加工性的影响规律,采用金刚石涂层铣刀对不同倾角下CFRP叠层平板结构进行顺铣加工试验,对不同坐标系下的铣削力和加工侧面、表面缺陷进行了研究。研究结果表明,随工件倾角的增大,水平方向上每齿所切材料平均厚度与截面积均减小,等效轴向切深逐渐增大,但是每齿去除材料体积保持不变。机床坐标系下的铣削力几乎不随工件倾角的变化而变化。而在工件坐标系下,铣削力沿工件厚度方向逐渐增大,沿工件长度方向逐渐减小。同时随着工件倾角的增大,侧面表层分层缺陷不断加重,纤维束发生弯曲,裂纹沿纤维方向逐渐扩展至表层内部,加工表面遭受破坏铺层数量也同样增加。     

同步双主轴精密加工系统

介绍了自行研制的小型同步双主轴五轴联动精密加工系统,主体尺寸为680mm×620mm×400mm,主轴最高转速80 000r/min,跳动量小于2μm。利用激光干涉仪测得定位精度为5μm;对直线运动轴伺服系统进行设计,经伺服环调节及性能试验,获得优良的动、静态控制性能。采用直径0.2μm的端铣刀进行平面微铣削加工,获得表面粗糙度值为215nm。结果表明该系统充分具备微小零件的高效加工能力。     

卧矩台精密平面磨削纳米结构WC/12Co涂层材料去除机理

纳米结构陶瓷涂层具有优异的性能,但在工业应用中不但其涂层制备技术而且其精密磨削技术对涂层的使用性能均具有重要影响,因此对其磨削时的材料去除机理的研究成为必要。本文就磨削参数对纳米结构W C/12Co(n-W C/12Co)涂层卧矩台精密平面磨削的磨削力分力比、比磨削能和磨削表面粗糙度的影响规律进行了试验研究,结合n-W C/12Co涂层精密平面磨削后的表面/亚表面形貌的SEM观察分析,揭示了n-W C/12Co涂层精密磨削的材料去除机理。研究结果表明,n-W C/12Co磨削的材料去除机理主要是非弹性变形方式,材料脆性去除方式较少。     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。     

钛合金TC9正交车铣加工表面粗糙度研究

首先建立了正交车铣工件已加工表面粗糙度的理论模型,分析了主要切削用量对工件表面粗糙度的影响规律。然后采用单因素试验法,进行了正交车铣TC9钛合金的切削试验,研究分析了正交车铣的主要切削用量(如铣刀与工件的转速比、轴向进给量、偏心量等)对已加工表面粗糙度的影响。试验研究表明,已加工表面粗糙度随转速比和偏心量的增加而降低,随轴向进给量的增加而增大;表面粗糙度Ra可以控制在1μm以内,因此正交车铣可以实现回转类零件的精加工。     

正交芳纶纤维增强复合材料层合板铣削过程中表面脱层缺陷的分析与控制（英文）

芳纶纤维增强复合材料(AFRC)由于比强度高、比刚度高、耐疲劳性好、耐高温防热防腐蚀且可设计性好等特点,被广泛用于航空航天、汽车等大型结构件。由于纤维具有方向性,常常表现为一维织构化,在特定方向上性能较差,材料层间剪切强度小,成为材料在使役过中的重要隐患。为了提高芳纶纤维复合材料结构件的装配精度,通常采取制备材料后通过进行二次加工即切削加工的方法得到规定的形状,满足尺寸精度、表面粗糙度和装配工艺的要求。作者研究了铣削过程中铣削参数对层合板分层缺陷的影响规律,并进行了一系列的铣削试验。针对加工过程中存在的两种不同分层缺陷,撕裂和未切断分层缺陷进行了研究。论文建立了基于脆性断裂的两种不同分层型式的计算方法和模型并阐述了分层缺陷形成机理和规律。并进一步讨论了分层缺陷控制策略和已加工表面完整性的评价方法。论文的研究结果对于优化铣削参数以及表面缺陷的控制具有重要的指导意义。     

Ti6Al4V钛合金深孔枪钻加工切屑成形机理（英文）

深孔枪钻加工过程中,切屑形貌是影响其加工质量的一个重要因素,并且切屑的成形机理与工艺参数之间的关系也一直是深孔加工研究的难点。本文以Ti6Al4V钛合金为研究对象,一方面,通过理论分析了枪钻加工螺旋形切屑成形的4个过程和影响因素;另一方面,借助于扫描电镜检测研究了Ti6Al4V钛合金枪钻加工切屑的断裂机理;最后,通过加工试验和流场仿真,分析了切削速度、进给量和冷却液油压变化对切屑形貌的影响,结合切屑厚度测量得出了切屑压缩比与表面粗糙度的关系。研究结论对Ti6Al4V钛合金深孔枪钻加工工艺参数的优化提供了指导。