7050-T7451铝合金铣削参数多指标优化研究

通过Spike切削力测量设备及在线监控系统,采用单因素试验,研究硬质合金刀具铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、铣削宽度、铣削深度、进给速度以及顺、逆铣加工方式分别对刀具所受弯矩、表面粗糙度及功率的影响。运用正交试验法,通过S/N比分析和方差分析,获得7050-T7451铝合金的最优铣削参数。研究表明：顺铣更适用于7050-T7451铝合金的铣削加工;刀具所受弯矩随着主轴转速的增加而逐渐减小,最终趋于平稳,并随着铣削宽度、铣削深度及进给速度的增加而增加;表面粗糙度随主轴转速的增加呈先减小后增加;各铣削参数与加工功率均呈正相关关系;为获得较低加工弯矩和功率、较好表面质量,应取较高的主轴转速、较低的进给速度和铣削宽度,7050-T7451铝合金的最优铣削参数水平为A₃B₁C₂D₁,即n=6000r/min,a_e=3.0mm,a_p=1.6mm,v_f=1500mm/min。     

侧铣削参数对TC4钛合金表面粗糙度及材料去除率的影响

侧铣采用铣刀侧刃对工件进行铣削,是一种重要的数控加工方式,常用于直纹面零件.针对TC4钛合金的侧铣削加工,开展了主轴转速、进给速度、切削深度、切削宽度的四因素三水平正交试验,分析侧铣削参数对切削力、表面粗糙度及材料去除率的影响.试验结果表明,切削深度和主轴转速对切削力和表面粗糙度的影响较大,进给速度次之,切削宽度最小.切削深度和切削宽度的增大会显著提高材料去除率,在主轴转速为600r/min,进给速度为220mm/min,切削深度为5mm,切削宽度为0.4mm时,侧铣TC4钛合金的表面粗糙度质量较好且材料去除率较大.     

面铣刀铣削表面微观几何形貌仿真系统

以面铣刀为研究对象,结合刀具的进给方式,建立了刀具刃形的数学模型,提出了面铣削加工的仿真算法,并研究主轴转速、进给速度、刀盘直径、刀片边长、刀具刃数、吃刀量、刀片形状等参数对加工表面几何形貌的影响规律,发现铣削表面质量随刃数的增加越来越好。在同一种切削条件下,进给量越大,粗造度越大。通过开发的铣削表面几何形貌仿真系统,对铣削表面粗糙度的预测及表面质量的改善有着重要的指导意义。     

微铣金属表面微沟槽结构的粗糙度及形貌分析

为了提高和改善微沟槽表面质量,设计了高速微铣削实验,研究了微沟槽底面表面粗糙度和侧壁残留毛刺的变化规律。从理论角度引入了已加工表面的形成机理,建立了微观表面粗糙度理论模型,提出了刀具跳动对侧壁形貌变化影响的规律。利用三轴联动精密微细铣削机床加工微细直沟槽,并选取主轴转速、轴向切深、进给速度、刀具跳动量和材料组织结构为研究因素。采用多因素正交实验和极差分析法,对表面粗糙度值进行数值分析。铝合金,钢和钛合金三类微沟槽底面对应的最佳表面粗糙度值变化范围分别为1.073~1.481 μm,0.485~0.883 μm,0.235~0.267 μm;无刀具跳动钛合金微沟槽壁毛刺的最大高度为7.637 μm,而当刀具存在0.3 μm的径向综合跳动量时对应的微槽壁毛刺的最大高度为21.79 μm。铣削参数对表面粗糙度值的影响按从大到小依次为进给速度、主轴转速、轴向切深,且随着进给速度和轴向切深的增大,表面粗糙度值增大;随着主轴转速的增大,表面粗糙度值先减小后增大;在相同加工条件下,若微圆弧刀刃无磨损,微刀具的跳动量对微直沟槽侧壁表面质量有较大影响。同时,不同金属材料特性也是影响微沟槽表面质量的潜在因素。     

金刚石磨头刀具磨铣加工对高体份SiCp/Al复合材料加工表面质量的影响

针对高体份SiCp／Al复合材料,采用佥刚石磨头刀具磨铣切削的加工方法,研究了高速磨铣加工中机床主轴转速、工件进给速度及背吃刀量对材料加工表面形貌损伤以及表面粗糙度的影响规律。研究表明,机床主轴转速的提高、工件进给速度的减小都能够减小材料表面形貌的损伤情况,改善加工表面粗糙度质量：背吃刀量的改变对材料表面形貌损伤以及表面粗糙度的影响不大。     

高体积分数SiCp/Al材料铣磨加工参数优化研究

针对铣削加工具有薄壁或深腔特征的高体积分数SiCp/Al结构件时工件边棱处出现的崩边现象,使用铣磨加工SiCp/Al复合材料的方法,通过田口实验设计对高体积分数SiCp/Al进行加工实验,研究了不同的铣磨工具类型和加工参数对铣磨力和表面粗糙度的影响规律,并对实验结果进行了主效应和方差分析。表明使用120#的烧结金属金刚石铣磨工具加工SiCp/Al时获得的铣磨力最大;使用120#的不开槽电镀金刚石铣磨工具加工时获得的表面粗糙度最大。最佳的铣磨力参数组合为使用开槽电镀120#的铣磨工具在加工参数在主轴转速n=6000r/min,进给速度v_f=50 mm/min,径向切深a_e=0.01mm;使用金属结合剂120#的铣磨工具在加工参数为主轴速转n=12000r/min,进给速度v_f=100mm/min和径向切深a_e=0.01mm下获得较小表面粗糙度值。     

石英玻璃旋转超声铣削表面质量研究

探索了高频旋转超声铣削石英玻璃的工艺规律与材料去除机理,检测分析了加工表面粗糙度与表面形貌,借助Matlab平台建模仿真了进给速度和主轴转速对磨粒运动轨迹的影响规律,研究了进给速度、主轴转速、切削宽度以及切削深度对加工表面质量的影响规律与机理。进给速度增大会导致刀具上的单颗金刚石磨粒的切削速度增大,参与切削的摆线平面投影运动轨迹变长,使表面粗糙度随进给速度增加先增大后减小;表面粗糙度值随主轴转速的增大总体上呈现出先减小后增大的趋势,主轴转速为3 000 r/min时铣削表面粗糙度最小;表面粗糙度值随切削宽度增大先增大后减小,切削宽度直接决定相邻刀具路径对应加工区域重叠范围,进而产生不同的磨粒划刻加工叠加效果;随切削深度增大,表面粗糙度值呈现出先增大后减小再增大的趋势,铣削过程中超声振动与切削深度配合产生的近成形表面材料去除模式对表面质量具有关键性作用。研究工作可为石英玻璃旋转超声铣削加工提供一定的工艺基础。     

0Cr18Ni9不锈钢焊缝高速铣削表面粗糙度试验研究

采用正交试验方法进行0Cr18Ni9不锈钢焊缝高速铣削试验,分析铣削参数对表面粗糙度的影响规律,并建立表面粗糙度的经验预测模型。结果表明:随着主轴转速的增大,表面粗糙度值减小,而随着进给速度、切削深度的增大,表面粗糙度值增大,进给速度对表面粗糙度的影响较为明显;较高的主轴转速和较低的进给速度的交互作用有利于减小表面粗糙度值,提高表面质量。     

车铣加工光学自由曲面表面粗糙度研究

针对光学自由曲面加工的困难,将车铣复合加工应用于光学自由曲面加工中。采用正交试验极差分析法,研究了铣刀转速、进给速度、铣削深度与表面粗糙度之间的关系。试验结果表明:铣削参数对表面粗糙度的影响按照从大到小依次为工件材料、进给速度、铣削深度、铣刀转速;增大铣刀转速和进给速度,减小铣削深度,可以获得较好的加工表面。当铣刀转速为9000 r/min,进给速度为400 mm/min,铣削深度为0.06 mm,工件材料为黄铜时,车铣复合加工光学自由曲面的表面加工质量最优。     

涂层刀具高速铣削模具钢SKD11的表面粗糙度模型预测

为有效控制和预测高硬度模具钢加工的表面质量和加工效率,通过设计正交切削试验,研究了在不同切削参数组合(主轴转速、进给速度、轴向切削深度和径向切削深度)及冷却润滑方式条件下、Ti Si N涂层刀具对模具钢SKD11(62HRC)的高速铣削。应用BP神经网络原理建立表面粗糙度预测模型,并进行试验验证其准确性。研究表明,在不同加工条件下,基于BP神经网络模型建立的涂层刀具铣削模具钢SKD11表面粗糙度模型有较好的预测精度,其预测误差在3.45%-6.25%之间,对于模具制造企业选择加工工艺参数、控制加工质量和降低加工成本有重要意义。     

Surface topography and roughness of high-speed milled AlMn1Cu

The aluminum alloy AlMn1Cu has been broadly applied for functional parts production because of its good properties. But few researches about the machining mechanism and the surface roughness were reported. The high-speed milling experiments are carried out in order to improve the machining quality and reveal the machining mechanism. The typical topography features of machined surface are observed by scan electron microscope(SEM). The results show that the milled surface topography is mainly characterized by the plastic shearing deformation surface and material piling zone. The material flows plastically along the end cutting edge of the flat-end milling tool and meanwhile is extruded by the end cutting edge, resulting in that materials partly adhere to the machined surface and form the material piling zone. As the depth of cut and the feed per tooth increase, the plastic flow of materials is strengthened and the machined surface becomes rougher. However, as the cutting speed increases, the plastic flow of materials is weakened and the milled surface becomes smoother. The cutting parameters (e.g. cutting speed, feed per tooth and depth of cut) influencing the surface roughness are analyzed. It can be concluded that the roughness of the machined surface formed by the end cutting edge is less than that by the cylindrical cutting edge when a cylindrical flat-end mill tool is used for milling. The proposed research provides the typical topography features of machined surface of the anti-rust aluminum alloy AlMn1Cu in high speed milling.     

高速铣削超高强度钢的切削力及表面粗糙度研究

选用涂层硬质合金刀具对300M超高强度钢进行高速铣削试验,通过单因素试验和多因素正交试验法,得出铣削参数(主轴转速、每齿进给量、铣削深度)对切削力及表面粗糙度的影响规律及主次关系。对正交试验结果做最小二乘法分析,建立切削力及表面粗糙度与铣削参数之间的经验模型;对经验模型的回归方程及系数做显著性检验,并对其进行参数优化,得出铣削参数的最优组合。结果表明:主轴转速和铣削深度对切削力的作用较大,而每齿进给量对其影响相对较弱;每齿进给量对表面粗糙度作用最强,铣削深度次之,主轴转速对其作用最弱。     

Prediction of cutting force, tool wear and surface roughness of Al6061/SiC composite for end milling operations using RSM

The results of mathematical modeling and the experimental investigation on the machinability of aluminium (Al6061) silicon carbide particulate (SiCp) metal matrix composite (MMC) during end milling process is analyzed. The machining was difficult to cut the material because of its hardness and wear resistance due to its abrasive nature of reinforcement element. The influence of machining parameters such as spindle speed, feed rate, depth of cut and nose radius on the cutting force has been investigated. The influence of the length of machining on the tool wear and the machining parameters on the surface finish criteria have been determined through the response surface methodology (RSM) prediction model. The prediction model is also used to determine the combined effect of machining parameters on the cutting force, tool wear and surface roughness. The results of the model were compared with the experimental results and found to be good agreement with them. The results of prediction model help in the selection of process parameters to reduce the cutting force, tool wear and surface roughness, which ensures quality of milling processes.     

螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划

以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响,并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上,研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证,试验过程中未出现颤振现象,表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。     

Effect of machining parameters on the milling process of 2.5D C/SiC ceramic matrix composites

Abstract

The C/SiC ceramic matrix composites are widely used for high-value components in the nuclear, aerospace and aircraft industries. The cutting mechanism of machining C/SiC ceramic matrix composites is one of the most challenging problems in composites application. Therefore, the effects of machining parameters on the machinability of milling 2.5D C/SiC ceramic matrix composites is are investigated in this article. The related milling experiments has been carried out based on the C/SiC ceramic matrix composites fixed in two different machining directions. For two different machining directions, the influences of spindle speed, feed rate and depth of cut on cutting forces and surface roughness are studied, and the chip formation mechanism is discussed further. It can be seen from the experiment results that the measured cutting forces of the machining direction B are greater than those of the in machining direction A under the same machining conditions. The machining parameters, which include spindle speed, feed rate, depth of cut and machining direction, have an important influence on the cutting force and surface roughness. This research provides an important guidance for improving the machining efficiency, controlling and optimizing the machined surface quality of C/SiC ceramic matrix composites in the milling process.     

基于响应曲面法的表面粗糙度预测模型研究

通过正交试验,研究了高速端铣加工中切削参数对表面粗糙度的影响。采用田口设计方法和响应曲面法构建了表面粗糙度预测模型,分析了主轴转速、进给量、切深对表面粗糙度的影响。结果显示,进给量对表面粗糙度的影响最显著,主轴转速次之,切深的影响不大。模型预测精度为99．84％,达到了较高的预测水平。     

高速微铣削铝合金表面粗糙度的多指标正交试验研究

利用小型高速精密微铣削机床在6061铝合金表面加工微沟槽结构,对加工后的试件表面质量进行研究,以试件表面粗糙度Ra、Rz值为衡量指标,利用正交试验方法分析主轴转速、刀具悬伸量、进给量和轴向切深等因素对表面质量的影响。试验结果表明：试件表面粗糙度值整体变化趋势从大到小依次为中线区、顺铣区、逆铣区。主轴转速对表面粗糙度影响最显著,而其他因素随着表面质量要求的不同有所变化。综合考虑表面质量要求,最优组合为:刀具悬伸量为18mm,轴向切深为10μm,进给量为30mm/min,主轴转速为48 000r/min时,试件表面粗糙度最小,此时表面粗糙度Ra值为0.075μm,表面粗糙度Rz值为0.579μm。