铝合金 Al7075-T651螺纹铣削力仿真分析与实验研究

以航空铝合金Al7075-T651材料为加工对象,对螺纹铣削力进行研究。首先在三维CAD软件Pro／E中建立了某ISO标准牙型可转位螺纹铣刀的三维模型;并利用金属切削有限元软件AdvantEdge模拟其铣削加工过程,对铣削力的变化进行预测;然后利用三维测力仪,对样刀在相同切削条件下铣削加工铝合金Al7075-T651的切削力进行实时监测;最后通过对比分析两者铣削力的误差,验证了螺纹铣削数值仿真的准确性,为螺纹铣削进一步研究及刀具优化提供参考依据。     

刀具几何角度对高速铣削性能影响的仿真分析

切削力和切削温度是影响刀具耐用度及被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等影响很大。因此,合理地选择刀具几何角度对提高刀具使用寿命和生产效率、降低生产成本具有重要意义。以铝合金7075-T651高速铣削为研究对象,借助金属切削工艺软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,并结合单因素法,分析了不同刀具角度的选择对切削力和切削温度的影响。该结果为高速铣削刀具几何角度的选择提供参考。     

微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

球头铣刀切削力的预报

针对球头铣刀铣削特点,采用微分化方法建立了球头铣刀切削力数学模型．通过对球 头铣刀铣削微元切削层参数的描述,分析了切削层厚度对球头铣刀主切削力的影响．为实现球 头铣刀切削力的准确预报及铣削工艺参数的优化奠定了基础．     

PCBN可转位面铣刀动态铣削力研究

针对面铣刀铣削加工的特点,建立了单齿和多齿铣削力模型,据此研究了铣削时刀具所受的动态载荷,并对动态铣削力的频谱进行了分析.分析结果表明:铣刀齿数大于2且为偶数时,在工作平面内对机械机构不产生激励;根据不同被加工材料,适当改变刀具前角可以减小铣削力.     

滚切端铣刀的切削力试验研究

本文研究滚切端铣刀的切削力变化规律。针对滚切端铣刀的加工特点,改变刃倾角、刀片直径及切削用量,分别测量切削力,并给出切削力的变化规律。试验研究结果表明,铣削深度对切削力的影响较大,进给量的影响次之,刀片直径、刃倾角及铣削速度对切削力也有影响。本课题的研究结果,将有助于滚切端铣刀具的应用和推广。     

柱形棒铣刀铣削锥形螺杆的切削形面产生机理

为了采用柱形棒铣刀实现几何形状较复杂部件螺杆挤出副的高精度铣削加工,根据刀具与工件的空间几何关系,利用柱形刀具截面与工件的实际切削点建立数学模型.经过理论分析推导出在开槽和精加工时由柱形棒铣刀所铣削的实际螺旋形面,说明了其为近似倒锥形而非圆柱形,进而提出了由反求计算校正铣刀摆角的方法,并通过实际试切实验验证了理论分析的正确性.该方法可用于实际切削加工前的计算,以正确确定刀具摆角,有效提高锥形螺杆曲面的加工精度和效率.     

水室封头高效加工层切铣刀优化设计及分析

针对在重型切削过程中,切削力和切削温度远高于普通切削,刀具失效严重制约加工效率和加工质量的问题,以重型切削的典型零件水室封头为研究对象,依据叠加原理,采用有限元方法,进行层切铣刀的优化设计及分析.首先进行切削实验,分析层切铣刀和面铣刀的切削性能;其次结合重型切削特点,从层切铣刀阶梯、刀具几何角度和不等齿距等方面,设计适合于加工水室封头的层切铣刀;然后通过有限元仿真优化主偏角和分析不等齿距对刀具固有频率的影响;最后对优化的层切铣刀进行铣削性能仿真验证.通过以上研究过程,为重型切削刀具设计及仿真分析提供参考和理论支撑.     

刃口半径对钛合金铣削力和表面粗糙度的影响

为了研究刀具刃口锋利度对刀具寿命和加工质量的影响,采用不同锋利度的刀具对钛合金进行了切削加工实验。采用钝化前后的刀具及不同钝化效果的刀具进行了切削实验,并以航空领域常用的TC4钛合金为加工对象,以切削力和表面粗糙度为主要因素对刀具性能和加工质量进行了对比分析。由于钝化后的铣刀刃口锋利度降低,铣削加工时钝化刀具产生的铣削力及加工后的表面粗糙度均大于未钝化的铣刀,且铣刀刃口圆弧半径对刀具性能及加工质量也具有重要影响。通过刀具钝化方法对刀具角度进行合理钝化后,刀具使用寿命可提高1倍左右。     

盾构切刀切削混凝土过程中的动态响应试验

为探究盾构切刀与混凝土的相互作用规律,开展室内切削试验,验证切削的实质是刀具与试件反复碰撞、挤压、切削和剥落的循环过程.通过切削力测试系统得到刀具前后角、刀具形状、切削深度和试件强度等因素对刀具法向切削力F_n与切向切削力F_t的影响规律,并分析得到各影响因素作用下F_n、F_t及切削合力F_c的波动范围.结果表明:刀具切削混凝土的实质是碰撞、切削、剥落的反复循环,切削力始终处于波动状态;刀具前刃面承担主要的破岩任务,前角越大,所需的F_n和F_t及其波动性越小,刀具对试件的拉剪效果越明显;F_n、F_t均值与试件强度和切削深度均呈线性关系,试件强度和切削深度越大,F_n和F_t越大,其方向上的波动性越小;切削深度比试块强度对F_c波动性的影响更为显著,切削深度越大,因剥离而产生的碎屑粒径越大,而刀尖处碎屑均呈粉末状.     

基于2D元胞自动机的铣刀片温度场模型建立

铣刀片在切削过程中受到周期性的热冲击,切削热产生的恶劣的温度场对刀片造成破损,温度场在铣刀片切削过程中呈现出非常复杂的变化,研究切削热和切削温度的产生和变化规律是揭示刀具破损磨损的产生机理的重要手段.针对这一问题,采用元胞自动机思想,建立以元胞自动机理论为基础的2D铣刀片的温度场模型,模拟切削过程中温度的分布,解决其他技术无法精确计算刀片中温度场分布的问题.     

等螺旋角锥形立铣刀容屑槽槽形的理论分析

本文研究了等螺旋角锥形立铣刀容屑槽的槽形特点及其形成方法,推导了槽形的理论计算公式并编制了相应的计算机程序,利用该程序可以在进行实际的切削加工前,在计算机上绘制其加工槽形,并计算前角、刃带宽度,有利于正确地选择二次刀具及调整参数。     

基于应力场的高速面铣刀安全性研究

针对高速面铣刀切削加工过程的特点,在刀具可靠性分析基础上建立了高速可转位面铣刀的应力场模型和刀具及其组件的安全性判据.通过有限元分析,获得了切削力和离心力对高速面铣刀应力场影响规律,并获得了刀具安全转速.高速面铣刀切削试验结果表明:基于应力场分析开发的高速面铣刀,在其安全转速范围内应力场分布状态较好,并在切削速度为2 010 m/min时达到最佳的切削性能.     

立铣刀螺旋角大小对切削性能的影响

讨论了立铣刀螺旋角的大小与立铣刀切削性能的关系,通过对比实验分析了螺旋角大小对切削加工精度的影响．     

硬质合金立铣刀涂层材料与切削性能实验

讨论了难加工材料的切削加工问题及硬质合金立铣刀的材料与涂层技术,针对淬硬钢的铣削加工,通过切削实验,比较了硬质合金立铣刀不同涂层材料的切削性能,探索了适合高硬度金属材料高速切削的加工方法。