条形槽微织构对PCBN刀具切削性能的影响

微织构作为刀具结构设计的新方法，对刀具的性能产生一定的影响。在刀具前刀面设计制备条槽型微织构，结合有限元仿真技术，从理论上分析条形槽微织构对切削力和已加工表面质量的影响，再设计切削试验，对有限元仿真结果进行实际验证。结果表明:有限元仿真和切削试验结果基本一致；与无织构刀具相比，条形槽微织构能够减小切削力且对主切削力的影响最显著，对进给力的影响较弱；条形槽微织构使工件表面应力、塑性应变和粗糙度均小于无织构刀具的，提高了工件已加工表面质量，其表面粗糙度仅为1.54 μm。      

前后刀面微织构铣削镍基合金的切削力研究

为了提高刀具对难加工材料的切削加工性能,降低切削力,延长刀具寿命,采用激光加工技术在TiAlN涂层刀具前、后刀面上制备出平行于主切削刃的沟槽型织构,对比研究变切削参数条件下铣削镍基合金的切削力变化情况。结果表明:在低转速、小吃刀量、低进给速度情况下,后刀面织构刀具的切削力小于前刀面织构刀具;背吃刀量对前刀面织构刀具的切削力增幅影响最大;主轴转速对后刀面织构刀具的切削力增幅影响最大。     

切削速度对微织构刀具切削力的影响

目的 研究微织构刀具在不同切削速度下切削力的变化规律,从而改善刀具的切削性能。方法 利用激光技术在PCBN刀具前刀面进行微织构处理,加工微槽宽度分别为30、40 μm的垂直微槽和平行微槽,并选择60、72、85 m/min三种不同的切削速度,分别用微织构PCBN刀具干式切削AISI 52100材料,使用测力仪收集切削过程产生的主切削力、径向力和轴向力。结合有限元仿真技术,设置与实际切削试验相同的切削用量、微织构刀具材料和工件材料等切削条件,从刀具表面应力角度分析微织构刀具在不同切削速度下的切削力变化,并与切削试验结果进行对比。结果 在不同的切削速度条件下,不同微织构刀具产生的切削力受切削速度的影响程度不同。30 μm垂直微槽和40 μm平行微槽PCBN刀具在较高的切削速度下均能取得较小的切削力,切削速度的变化对主切削力、径向力和轴向力的影响均较大。结论 随着切削速度的增大,垂直微槽和平行微槽可有效减小主切削力和径向力。在相同的切削速度下,垂直微槽比与平行微槽更有利于获得较小的切削力。试验结果对微织构PCBN刀具切削淬硬钢材料奠定了基础。     

微织构车刀制备与SUS304钢高速微车削试验

针对高速微切削过程中微型车刀表面摩擦磨损严重的问题,利用表面非光滑微织构减摩减阻原理,在高速微切削用车刀表面利用激光加工技术制备了微槽、微坑织构,研究了激光加工参数与微织构形貌之间的关系;分析了微织构的摩擦学特性;利用自行研制的高速微车削单元进行微织构刀具及无织构刀具的高速微切削SUS304不锈钢的对比试验,从切削力、切削温度、刀屑接触状态、切屑形态以及已加工表面粗糙度对微织构车刀性能进行评价。结果表明:微槽、微坑织构均可以有效降低刀具表面摩擦因数;在高速微切削过程中可以减小切削力、切削温度,降低刀屑接触长度,改善切屑形态,尤其是微坑织构可明显改善表面质量,可以应用到SUS304不锈钢的高速微加工。     

超声辅助铣削碳纤维复合材料的工艺研究

使用自行研制的超声振动发生系统,对碳纤维复合材料进行了铣削加工实验研究,通过建立瞬时铣削模型,分析超声辅助铣削与传统铣削下纤维束的断裂机理,及在不同加工参数下对切削力、工件表面粗糙度的影响。实验结果表明:随着主轴转速的升高,铣削力和工件表面粗糙度减小;随着进给速度的增加,铣削力和工件表面粗糙度增加;随着切深增加,铣削力和工件表面粗糙度增加。与传统铣削相比,在相同的加工参数下,超声辅助铣削加工铣削力和工件表面粗糙度较小。     

微织构铣刀干铣削RuT500切削性能研究北大核心

为探究微织构对刀具加工蠕墨铸铁RuT500切削性能的影响,改善RuT500的可加工性,利用激光技术在刀具前刀面制备了3种形式的微织构并通过单因素试验方法,在不同切削速度下将微织构刀具和无织构刀具对RuT500进行铣削加工,对比分析了微织构的方向和类型在加工中切削性能的差异。结果表明,表面微织构可以有效降低切削力,改善切屑形态和工件表面质量,在一定程度上降低了前刀面磨损;3种微织构在部分相同切削速度下对切削性能的影响有较大差别;切削速度较大时,微织构更有利于RuT500的切削加工。在3种微织构中,以平行于主切削刃的沟槽织构刀具切削性能最优。     

圆盘锯齿刀超声切削Nomex蜂窝芯力热分析

为探究Nomex蜂窝芯圆盘锯齿刀超声切削过程中切削参数与切削力热的映射关系,开展圆盘锯齿刀超声切削Nomex蜂窝芯复合材料仿真及试验研究,分析主轴转速、进给速度、切削宽度和切削深度对切削过程中切削力热的影响,建立了切削温度随进给速度、主轴转速的一次回归模型。结果表明:所建立仿真模型最大误差为11.2%,可有效预测切削力与切削温度;三向切削力随着切削宽度,切削深度,进给速度的增大而增大,随着主轴转速的增大而减小;进给速度与主轴转速对切削温度影响显著;实际加工中,应采用大切削深度与切削宽度增加切削效率,采用小进给速度和主轴转速以降低切削温度,减少刀具磨损。     

微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

目的 为了提高7075航空铝合金的使用性能,将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合,形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺.方法 通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法,对7075-T6航空铝合金进行切削试验,分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响.结果 在切削参数相同的情况下,微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7％～13.2％,显微硬度增加了1.13％～2.35％,工件表面残余应力变为压应力,最大数值稳定在–10.84 MPa,加工工件表面形成了较为统一、规整的"鱼鳞网纹"织构形貌.其中,加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系,而与铣削深度、每齿进给量成正相关.加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大,而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著.结论 相比微织构刀具铣削,微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性.     

超声振动超精密车削Ti6Al4V的表面质量研究

为研究超声振动辅助超精密车削Ti6Al4V切削性能,使用Son-x公司的UTS one设备使单晶金刚石刀具在切削方向振动,使用350FG摩尔Nanotech 4轴机床进行加工,采用四因素三水平正交试验,试验因素为切削速度、切削深度、进给速度和刀具振幅,切削力、表面粗糙度为评价指标。采用Zygo的Nexview 8050三维光学表面轮廓仪测量表面粗糙度;采用Kistler 9256B三相测力仪测量主切削力、进给抗力、切深抗力;采用日立TM3000扫描电镜对切屑进行观察。结果表明：切削速度对表面粗糙度和切削力的影响最大,切削深度和刀具振幅影响次之,进给速度对表面粗糙度和切削力均无显著影响;提高刀具振幅从总体趋势上可以降低切削力和表面粗糙度;随着切削速度的提高,即使切削速度远低于传统公式中计算出来的临界切削速度,切屑也会从平整带状变为两侧呈规律性锯齿状的带状,进而成为散裂状并且中间出现裂纹的切屑,在刀具振幅下降的过程中,以上现象更为明显。     

盘铣开槽加工表面形貌与变质层研究（英文）

设计盘铣开槽实验以测量盘铣切削钛合金时的切削力和切削温度,以切削力和切削温度实验为基础,分析不同切削条件下的表面粗糙度、表面形貌、残余应力、显微组织和显微硬度。结果表明:铣削表面中心处的粗糙度值小于边缘处,粗糙度值随着主轴转速的增加而减小,随着切削深度和进给速度的增加而增大。铣削表面和次表面均出现残余压应力,随着深度的增加,残余压应力逐渐减小为零。在切削力的作用下,晶粒沿进给方向发生明显的拉伸变形,α相从初始等轴态拉伸为长片状。随着切削温度的升高,塑性变形区的金相组织发生改变,当切削温度达到β相转变温度时,金相组织从初始等轴态转变为全片层组织。热力耦合作用使得已加工表面和次表面硬度值升高。     

新型微坑车刀切削AISI4140残余应力影响因素分析研究

为了探究切削用量对新型微坑车刀切削工件表面残余应力的影响规律,应用AdvantEdge切削仿真软件,结合单因素和正交实验,通过微坑车刀和原车刀切削AISI_4140仿真及实验验证。结果表明,原车刀和微坑车刀残余拉应力随切削速度增大,先增大后减小,随进给量的增大而减小,总体上,微坑车刀切削工件残余拉应力更小。残余压应力随切削速度增大,微坑车刀切削工件先增大后减小,随进给量增大先增大后减小。原车刀几乎不变。切削用量对微坑车刀切削工件残余应力影响,进给量最大,切削速度次之,切削深度最小。通过实验验证,相同切削条件下,微坑车刀降低了加工工件表面残余拉应力,提高了加工工件表面质量,一定程度提高了工件的服役寿命。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

CuZn30微铣削表面完整性影响规律试验研究

采用直径φ1的硬质合金铣刀对CuZn30合金进行单因素槽铣试验,研究加工表面完整性、顶毛刺和切屑随铣削参数的变化规律。通过试验得到以下结论:切削参数对加工表面完整性影响比较显著,其中表面粗糙度随主轴转速的增大而减小,随每齿进给量增大而增大,切削深度对粗糙度影响不太显著。残余应力随着每齿进给量的增大有明显增大趋势,而主轴转速与切削深度对残余应力的影响不太显著。显微硬度随铣削参数变化没有显著的变化。顶毛刺主要受每齿进给量的影响,毛刺尺寸随着每齿进给量的增加先急速减小后趋于平稳,切屑形态主要受切削深度的影响,随着切削深度的增加,切屑由短小的碎屑逐渐变为平滑的连续卷曲切屑。     

Cutting performance of diamond tools during ultra-precision turning of electroless-nickel plated die materials

This study is an attempt (a) to observe the wear characteristic of diamond tool with 200 km cutting distance and to study the effects of wear on the surface roughness and cutting forces and (b) to optimize various cutting parameters such as depth of cut, feed rate, spindle speed and phosphorus content. The experimental results showed that tool wear was not so significant although some defects on rake face were observed after cutting 15.6 km. Further cutting showed that the surface roughness increases with cutting distance, and that the cutting forces were larger than thrust force at the beginning of cutting, but after cutting 130 km, thrust force became larger and increased rapidly. It was also observed that forces increase with the increase of depth of cut, spindle speed and feed rate, and decrease with the increase of phosphorus content of the plating. Depth of cut has no significant effect on surface roughness, while it increases with increase of feed rate and decreases with the increase of percentage of phosphorus content in the workpieces. In case of spindle speed, surface roughness decreases with the increase of spindle speed up to a certain value and then starts to increase with the increase of spindle speed.     

轴向车铣表面形貌的计算机仿真

对轴向车铣加工进行数学建模,建立其表面形貌的计算机仿真系统,并利用该系统探讨了刀具工件转速比、刀具尺寸、刀刃数、进给速度和切深等参数对被加工件表面形貌的影响,得到以下结论:刀具与工件转速比越大,刀具尺寸越大,表面形貌越平坦,表面粗糙度越小;用六刃以上的铣刀进行车铣加工,能得到较小的表面粗糙度和较好表面微观形貌;随着进给速度的增大,表面粗糙度总体上趋于上升,但中间有起伏;切削深度对表面粗糙度和表面微观形貌的影响很小.     

Statistical analysis of the effects of machining parameters and workpiece hardness on the surface finish of machined medium carbon steel

The objective of this study is to ascertain the effect of machining parameters and workpiece hardness on surface roughness of machined components and to develop a better understanding of the effect of process parameters on the machined surface. Such an understanding can provide insight into the problems of controlling the finish of machined surfaces when the process parameters are adjusted to obtain a certain surface finish. The collected data were analyzed using parametric analyses of variance (ANOVA) with surface finish as the dependent variable and hardness of the workpiece material, cutting tool position from the surface of the clamping device (chuck), depth of cut, cutting velocity, and cutting feed as independent variables. The results showed that surface roughness is significantly affected by the workpiece hardness, cutting feed, cutting speed, depth of cut, cutting tool position from the chuck, and their interactions with each other. The results suggest that feed rate and cutting speed can be adjusted to produce a certain surface finish when the position of the cutting tool from the surface of a clamping device or the hardness of the workpiece is changed.     

预置表面织构对硬态切削加工的影响分析

利用电火花穿孔技术预置表面织构,有效抑制硬态切削过程中较大切削力的产生,避免刀具磨损加剧,提高刀具使用寿命。使用CBN刀具硬态切削GCr15淬硬钢,设计关于切削深度、切削速度、进给量三因素无织构正交切削仿真模拟及试验,利用极差、方差及信噪比值法对仿真及试验数据进行分析,确定最佳切削参数组合,以及各参数对硬态切削过程中产生的切削力的影响程度。使用最佳切削参数组合,硬态切削预置表面织构的GCr15淬硬钢,观测刀具磨损情况,测量切削力,并与无织构等同切削条件下的结果进行对比分析,验证预置表面织构能够有效降低刀具磨损,提高刀具使用寿命。     

织构刀具高速干式切削Al7075-T6的性能研究

表面微织构能够改善刀具的切削性能。为了研究织构刀具高速干切削Al7075-T6时织构参数对切削性能的影响,利用仿真软件建立正交二维切削仿真模型。对比了所选织构参数范围内的最优织构刀具与无织构刀具的主切削力、刀具温度、刀具应力,分析了织构参数对主切削力的影响程度。结果表明:合理的织构参数,可以减小刀具的主切削力,使刀具表现出更好的温度及应力分布梯度;所选织构参数范围内,织构宽度为60μm、织构间距为90μm、织构深度为30μm、织构刃边距为100μm的织构刀具切削性能最好;织构参数对主切削力影响程度从大到小依次为织构刃边距、织构宽度、织构间距、织构深度。     

Characteristics of high speed micro-cutting of tungsten carbide

In this study, experiments are carried out to evaluate the characteristics of high speed cutting of tungsten carbide material using a Makino V55 high speed machine tool with cubic boron nitride (CBN) tool inserts. The cutting forces were measured using a three-component dynamometer, the surface roughness of the machined workpiece was measured using a Mitutoyo SURFTEST 301, and the machined workpiece surfaces and the chip formation were examined using a scanning electron microscope (SEM). Experimental results indicate that the radial force F_x is much larger than the tangential force F_z and the axial force F_y. Two types of surfaces of the machined workpiece are achieved: ductile cutting surface and fracture surface. Continuous chips and discontinuous chips are formed under different cutting conditions. Depth of cut and feed rate almost have no significant effect on the surface roughness of the machined workpiece. The SEM observations on the machined workpiece surfaces and chip formation indicate that the ductile mode cutting is mainly determined by the undeformed chip thickness when the tool cutting edge radius is fixed. Ductile cutting can be achieved when the undeformed chip thickness is less than a critical value.