切削加工刀具磨损及其预测建模技术研究进展

刀具磨损不仅影响工件加工表面质量和加工精度,而且频繁地换刀还会降低加工效率、增加生产成本,通过研究刀具磨损机理,影响刀具磨损的因素以及刀具磨损预测模型建模技术,为降低刀具磨损提供技术支持。对切削加工过程中刀具磨损及其预测建模技术的研究进展进行了综述。首先,基于近年来刀具磨损机理研究进展,分别对几种主要刀具磨损机理的表现形式及特征进行了分析。其次,重点论述了切削加工过程中切削参数、刀具几何参数、刀具和工件材料特性及加工方法等因素对刀具磨损影响规律,总结分析了刀具磨损预测建模方法和形式。最后,结合制造业绿色节能的发展理念和高速发展的计算机技术,指出降低刀具磨损的加工方法和刀具磨损预测建模技术的未来发展方向。     

数字孪生驱动的薄壁件铣削刀具磨损状态识别方法

薄壁零件由于其本身的弱刚性,铣削过程中极易发生颤振、变形,从而加剧刀具磨损,为提高薄壁零件的铣削加工效率和表面质量,提出了一种数字孪生与支持向量机（SVM）融合驱动的刀具磨损状态识别方法。利用时、频域分析和小波包变换提取特征向量,通过网格搜索与交叉验证（GSCV）的方法进行超参数寻优,结合SVM算法构建薄壁零件铣削刀具磨损状态识别模型。试验结果表明,SVM算法在高维小样本数据的分类识别问题中优势明显,对于不同铣刀磨损状态的识别准确率分别达到96%和90.16%,具有较好的泛化能力。结合机器学习算法构建高保真、轻量化的数字孪生体,并将其嵌入薄壁零件铣削过程监测平台,以解决加工过程中信号实时监测和刀具磨损状态在线识别的问题。     

航空航天难加工材料切削加工过程模拟与智能控制综述

随着航空航天关键构件服役性能要求的不断提升,高性能钛合金、镍基高温合金、高强度钢等难加工材料大量应用到航空发动机等重大装备。切削加工是高强韧难加工材料的重要加工方法,在加工过程中普遍存在切削力大、切削温度高、工具磨损严重和加工质量差的问题。针对当前航空航天难加工材料切削加工过程切削力、切削温度、工具磨损及表面质量的仿真技术与智能控制技术进行了系统性的总结和梳理,分析了当前研究存在的主要问题与关键挑战,对切削加工过程仿真模拟与控制技术的未来发展趋势进行了展望。     

PVD涂层刀具铣削GH4169高温合金薄壁件性能对比

为解决高温合金薄壁件加工时颤振大和磨损大的问题,研究了不同成分体系涂层对铣削刀具的影响。采用电弧离子镀的方法在硬质合金刀具表面沉积了AlTiN/TiAlN、AlCrN/TiAlN和Ti SiN/TiAlN 3种双层涂层。采用扫描电子显微镜、纳米压痕仪与微米划痕仪表征了3种涂层的表面形貌与力学性能,在高性能铣床进行了涂层刀具的铣削试验,采集了刀具后刀面磨损照片与对应切削力,分析了不同涂层在铣削时的性能表现。研究表明,TiSiN/TiAlN涂层具有最高的硬度与耐磨因子,在铣削24 m后,后刀面磨损最小,但涂层表层易与高温合金发生黏结;AlCrN/Ti AlN涂层硬度与耐磨因子稍低,铣削24 m后,刀具接近失效,但与高温合金黏结并不严重;AlTiN/TiAlN涂层硬度与耐磨因子最小,铣削后磨损最严重,铣削12 m时刀具已经失效,但涂层与高温合金黏结最为轻微。因此,使用硬度与耐磨因子较大的涂层能够有效减小刀具铣削高温合金时的磨损,进而提高刀具寿命。     

限制接触切削过程力热特性仿真及试验研究

316L奥氏体不锈钢因其优良的力学性能和耐腐蚀性在航空航天领域被广泛应用,但其加工硬化现象严重,刀–屑接触环境恶劣,导致刀具寿命严重缩短,影响加工效率。本文将通过有限元仿真与试验相结合的方法研究限制接触刀具对切削过程中力与热特性的影响。通过建立限制接触切削的有限元仿真模型,探究加工参数和限制接触参数对切削性能的影响,并阐明了变限制接触结构在切削过程中的作用机理。结果表明,变限制接触结构能有效减小切削力与切削温度,并改善奥氏体钢的切削性能。其中梯形限制接触结构改善切削性能效果最好。该结果在切削试验中得到验证,并证明了有限元仿真的可靠性,为新型限制接触刀具结构的优化提供理论基础。     

铝锂合金切削加工试验研究进展

铝锂合金作为一种先进轻量化材料,具有相对较低的密度、较高的比强度和比刚度以及较好的疲劳性能,在航空航天领域应用广泛。但在铝锂合金切削加工过程中易于出现黏附磨损,从而引起加工质量差、使用性能下降等一系列问题。因此,国内外学者针对铝锂合金切削加工进行了相关研究。对近年来在铝锂合金切削加工试验方面的研究进展进行了总结,重点分析了切削力、切削温度、加工表面质量、刀具磨损以及参数优化方面的研究成果,指出了目前存在的问题以及今后的发展方向,对铝锂合金切削加工技术的发展具有一定的促进作用。     

基于力学分析的铍材车削切削力模型研究

铍材作为一种典型难加工材料,其加工方式主要为车削,但铍材较硬较脆,经常会出现局部断裂以及锐边崩边的缺陷;切削力作为影响刀具磨损以及加工质量的重要因素,预测车削铍材的切削力对选取切削参数具有十分重要的意义。本文基于力学分析的半经验预测公式建立了一种基于热力耦合的铍材车削切削力预测模型,并进行了试验验证。结果发现,模型预测值与试验值数值拟合良好,整体误差为10.79%,误差范围为2.96%～20.53%。研究分析了不同切削参数下刀具磨损以及表面粗糙度的变化机理,为铍材车削加工提供一定的理论参考。     

一起出现又消失的空中座舱释压故障的分析及排除

以一起"奖状"飞机增压系统故障的分析和排除为例,总结了排故过程中对系统整体以及关键部位进行检查的思路,为类似故障的排除提供参考。     

M50钢表面磁控溅射Ti-GLC薄膜高温摩擦学性能

为了研究高温环境下轴承钢基体上Ti掺杂类石墨碳基薄膜的实际应用,采用非平衡磁控溅射技术在M50钢表面制备Ti-GLC膜,分别在不同温度、不同线速度下与Al₂O₃陶瓷球进行摩擦磨损试验,研究其高温摩擦学性能及磨损机理。结果表明,随着温度的升高,Ti-GLC膜中的sp²键含量逐渐增大,石墨化程度加重,硬度和弹性模量逐渐降低,膜基结合力也有所降低。在室温～200℃,所制备的Ti-GLC薄膜保持优异的低摩擦与耐磨损性能,为Ti-GLC薄膜的最佳服役温度区域。在200 mm/s下,随着温度的升高,磨损形式由轻微的黏着磨损和磨粒磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损和氧化磨损。     

MeSiN刀具涂层的研究现状及发展趋势

本文着重阐述了MeSiN涂层中Si元素的存在形式,涂层的微观结构、强化机理及制备方法,Si的加入对MeSiN涂层性能的影响和高温退火后涂层性能的改变等。要实现MeSiN涂层大规模工业化应用还应调试出更优的制备工艺,增强涂层制备的重复性,使其性能稳定。