TC4钛合金高速铣削参数对表面完整性影响研究

文章研究了用硬质合金刀具高速铣削TC4钛合金时,铣削参数对表面完整性(表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和微观组织)的影响,以期为优化TC4钛合金高速铣削参数,及进行表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.主轴转速(r/min)依次选择3 000、6 000、8 000、10 000,轴向切深分别选择0.15 mm和0.25 mm,每齿进给量恒为0.05 mm/z.结果表明:主轴转速对表面粗糙度、表面形貌、显微硬度的影响显著;轴向切深对表面粗糙度和表面形貌的影响比较显著,对硬化深度和硬化程度影响不大;主轴转速和轴向切深对微观组织的影响不明显;在实验参数范围内,当转速为8 000 r/min、轴向切深为0.15 mm时,可以获得最好的表面完整性,此时,表面粗糙度为0.313 μm、硬化深度为0.06 mm、硬化程度为15%、微观组织无明显变化.     

面向表面粗糙度约束的铣削过程参数优化

在6061铝立铣过程中考虑到控制工件表面粗糙度的要求，人为选择的铣削参数可能比较保守，导致材料去除率降低、制造成本高。以表面粗糙度为约束条件，以最大材料去除率为目标，基于极端提升法(extreme gradient boosting, XGBOOST)建立以主轴转速、进给速度和切深为优化对象的表面粗糙度回归模型，利用遗传算法对主轴转速、进给速度和切深三个铣削参数进行优化。利用遗传算法的多目标优化特点得到较优的铣削参数。通过4组优化结果可以看出，表面粗糙度的最大变化只有0.048μm,而最小的材料去除率提高了2 458.048 mm³/min,在达到表面粗糙度的要求下，提高了加工效率，减小制造成本，具有良好的优化效果，在实际加工中具有一定的指导作用。     

高速铣削工艺参数对AM50A镁合金铣削力和表面形貌的影响

在给定高速铣削工艺参数范围内,分析讨论了AM50A镁合金高速铣削时主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度对铣削力的影响规律;同时通过对AM50A镁合金已加工表面粗糙度测量,研究了铣削参数对表面粗糙度的影响规律。采用析因实验设计的方法对AM50A镁合金进行了高速铣削实验,由实验结果分析可知,高速铣削AM50A镁合金时,对铣削力有显著影响的铣削参数为铣削深度、铣削宽度和进给速度,且铣削力与铣削参数之间存在非线性特征规律;在实验给定的铣削工艺参数范围内随主轴转速的增大铣削力呈下降趋势。铣削参数对表面质量的影响表现为,在铣削深度和进给速度一定的情况下随着主轴转速的增大AM50A镁合金表面质量变好,随着进给速度增大,AM50A镁合金铣削表面质量变差。当主轴转速大于12 000 r/min、铣削深度小于0.2 mm、进给速度小于400 mm/min的铣削参数条件下易获得较高的铣削表面质量。     

数控铣削加工振动频率和能量实验

以铣削6061-T651 铝合金U 形槽为例, 对铣削时铣削系统的频率和能量数据进行测试, 根据所得到的检测数据分别分析不同主轴转速、进给速度和铣削深度下铣削加工的振动频率和能量峰值。结果表明: 当主轴转速小于1 400 r/ min 时, 振动能量峰值增加, 切削表面质量变差, 因此在加工时, 适当提升主轴转速可提高加工工件表面质量, 每齿进给量超过0. 037 mm 时, 对应的主轴转速为1 400 r/ min, 会发生非线 性变化的振动幅度增加较大的现象, 这是由于主轴转速过小、每齿进给量增大, 导致机床主轴承受的扭矩过大而导致的冲击效果; 随着进给速度的提高, 能量峰值也逐渐提高, 说明振动随着进给速度的提高而增加, 进给速度越快系统振动越大; 铣削深度越大, 铣削振动幅度就越大, 铣削加工的表面质量就越差, 故在精加工时为提高表面质量应适当降低铣削深度。     

球头铣刀高速铣削铝合金表面粗糙度研究

球头立铣刀铣削曲面时，刀具轴线与工件曲面法线之间的夹角对工件表面质量及刀具寿命有着重要影响，通过对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的倾角研究，提出了调整刀具和工件之间的加工倾角，有效改善切削条件的策略；通过高速铣削铝合金表面粗糙度的实验研究，获得了进给量、切削速度以及进给方向对高速铣削铝合金表面粗糙度的影响规律，对高速铣削参数以及刀具切削路径的优选具有一定的指导意义．     

钛合金TC4铣削加工对表面粗糙度的影响试验

为了探索钛合金材料TC4铣削参数对表面粗糙度的影响,对钛合金材料TC4进行了逆铣铣削试验,设计了以铣削深度、主轴转速、每齿进给量为主要因素的单因素试验,通过对比试验得到了铣削三要素对被加工工件的表面粗糙度的影响规律;通过三因素四水平正交试验,利用极差分析和方差分析得到主轴转速、铣削深度以及每齿进给量对工件表面粗糙度影响的显著性。试验表明:在无冷却液情况下,工件表面粗糙度随主轴转速增大先逐渐增高之后逐渐降低;随铣削深度的增大而增大;随每齿进给量增大而增大;每齿进给量对表面粗糙度的影响较大,其次是主轴转速,铣削深度影响较小。     

高温合金GH536表面粗糙度试验研究

采用正交实验法对高温合金GH536进行了铣削实验.研究了硬质合金铣刀铣削该材料时其表面粗糙度的变化规律,并得到了刀具的进给速度、主轴转速和切削深度对表面粗糙度(Ra)的影响规律.实验研究得出用硬质合金刀具铣削高温合金GH536时,对Ra影响最显著的因素为铣削速度,其极差为0.857;其次为进给量,极差为0.312;最不显著的因素为切削深度,极差为0.301.     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。     

高速微钻削构建孔阵列疏水表面

利用高速精密微铣削机床在铝合金表面加工微孔阵列结构,研究了直径为200μm的微钻头钻削铝合金时,钻削参数对孔的加工质量的影响,并对优化参数加工后铝合金表面的微观结构和疏水性能进行了观测。结果表明:在高速精密微钻削过程中,进给量对孔的加工质量存在一定的影响,当主轴转速为30000r/min,进给量为0.001mm/r时,孔的表面质量最好。在本征接触角约为50°的光滑铝合金表面上加工微米级孔阵列结构可有效提高材料表面的疏水性能,接触角大小随孔间距增大而减小,随孔深度增加有所提升,未经化学修饰表面接触角最高达到113°,实现了基于高速精密微钻削技术在金属材料表面上构建微观结构阵列,使材料表面润湿性由亲水向疏水的转变。     

Ti-6A1-4V微铣削表面完整性研究

为研究高强金属材料Ti-6A1-4V微铣削加工的表面完整性,利用直径为1mm的四刃微铣刀,分别对Ti-6A1-4V表面进行微沟槽铣削三因素四水平的正交试验和微小平面铣削的单因素试验。通过极差分析得出主轴转速、进给速度、切削深度对表面粗糙度值与残余应力值影响的变化规律及主次顺序,获得了理想的铣削参数组合。结果表明,在高转速、中低进给速度和切削深度的加工条件下表面粗糙度值和残余应力值可以达到比较理想状态。通过单因素试验得出了各个因素对于表面粗糙度值、压痕硬度值以及残余应力值的影响规律。试验结果对于提高高强金属材料Ti-6A1-4V的微铣削表面完整性具有一定的参考意义。     

Investigation of Surface Roughness in High-Speed Milling of Aeronautical Aluminum Alloy

An approach is presented to optimize the surface roughness in high-speed finish milling of 7050-T7451 aeronautical aluminum alloy. In view of this, the multi-linear regression model for surface roughness has been developed in terms of slenderness ratio, cutting speed, radial depth-of-cut and feed per tooth by means of orthogonal experimental design. Variance analyses were applied to check the adequacy of the predictive model and the significances of the independent input parameters. Response contours of surface roughness were generated by using response surface methodology (RSM). From these contours, it was possible to select an optimum combination of cutting parameters that improves machining efficiency without increasing the surface roughness.     

高能效高速稳态铣削参数优化

为了提高铣削加工的能量利用率,提出了一种以无颤振切削为约束条件,以能量利用率为优化目标的铣削参数优化方法.基于机床的能耗特性,建立了提高能量利用率的无颤振铣削参数优化模型.利用切削稳定域图确定主轴转速的优化区间,利用切削力、切削功率、切削速度等条件确定切削深度、切削宽度及进给速度的优化区间,并通过合理选择各参数的优化步长快速获得切削参数.以五轴雕铣机为实验机床,45#钢为切削材料进行了验证试验,结果表明,该参数优化方法使能量利用率得到了较大提高.     

超高速磨削实验台主轴系统的精密调整

简述了超高速磨削的概况。对自行研制的超高速实验磨床的主轴径向间隙与轴向间隙、主轴加工精度和表面粗糙度以及轴承供油系统进行了合理的调整。适当加大轴向间隙和径向间隙,且后轴承径向间隙略大于前轴承径向间隙,可保证主轴在超高速运转时正常工作,减少振动,防止抱轴。采用工艺轴刮研轴承获得均匀的径向间隙。超高速磨床主轴与动静压轴承之间相对滑动速度较高,选用粘度较小的L-FD2主轴油,可使主轴得到良好的润滑,减少发热量。提高主轴的加工精度和降低表面粗糙度,可提高主轴的旋转精度和减少主轴的磨损。试验证明合理的选择主轴径向间隙和轴向间隙是改装超高速磨床的关键技术之一。     

复杂曲面铣削加工参数双神经网络优化方法研究

针对复杂曲面加工效率低、能耗高、表面质量难控制的问题,以及加工参数和目标之间关系确定的难题,建立了考虑复杂曲面特征的双神经网络优化方法。首先,用曲率表示复杂曲面加工复杂度来描述曲面特征,以曲面加工复杂度、主轴转速、进刀量、进给速度和路径间距为设计变量,以加工时间、能量消耗和表面粗糙度为目标函数,建立了复杂曲面加工参数的优化数学模型;其次,采用BP神经网络以黑箱法建立加工参数与优化目标的非线性关系,结合ALM神经网络方法对加工参数进行了优化。该方法解决了复杂曲面加工参数的优化问题,对提高复杂曲面加工效率和质量有一定的理论指导作用。     

高速铣削P20淬硬钢的试验研究

使用TiAIN涂层整体圆柱立铣刀,对P20淬硬钢(41HRC,32HRC)进行了高速铣削试验,考察了各种切削速度下的切屑变形,微观硬度、切削温度和切削力.切削参数包括:切削速度151～942 m/min,每齿进给量0.1 mm/齿,轴向切削深度1.0 mm.切削宽度1.0 mm.结果表明:两种硬度的P20钢都产生了锯齿形切屑,切削温度随切削速度的增加而增大,工件硬度、切削速度对切屑变形和切削力有重要的影响.     

Prediction and optimization of process parameter of friction stir welded AA5083-H111 aluminum alloy using response surface methodology

A systematic approach was presented to develop the empirical model for predicting the ultimate tensile strength of AA5083-H111 aluminum alloy which is widely used in ship building industry by incorporating friction stir welding (FSW) process parameters such as tool rotational speed, welding speed, and axial force. FSW was carried out considering three-factor five-level central composite rotatable design with full replications technique. Response surface methodology (RSM) was applied to developing linear regression model for establishing the relationship between the FSW process parameters and ultimate tensile strength. Analysis of variance (ANOVA) technique was used to check the adequacy of the developed model. The FSW process parameters were also optimized using response surface methodology (RSM) to maximize the ultimate tensile strength. The joint welded at a tool rotational speed of 1 000 r/min, a welding speed of 69 mm/min and an axial force of 1.33 t exhibits higher tensile strength compared with other joints.     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性．方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成．结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大．刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2000mm／min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化．结论CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是：涂层和刀具基体的机械损耗去除（剥落和崩刃）、高温下的氧化磨损和粘结磨损．由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程．     

线接触铣削平面理论粗糙度分析

为了分析线接触铣削平面表面粗糙度的影响因素,运用矢量运算方法建立了线接触铣削平面运动学模型;根据刀齿包络原理,对工件表面理论粗糙度几何学形成机理进行了分析,建立了顺、逆铣加工中线接触铣削平面理论粗糙度的计算分析模型,提出了顺、逆铣加工理论粗糙度数值计算方法,并分析了各个加工参数对理论粗糙度的影响.经计算仿真,在同样的加工参数条件下,逆铣加工表面的理论粗糙度值小于顺铣加工表面;刀具半径越小、刀具齿数越少、进给速度越大,表面粗糙度值越大.该计算方法能真实地反映线接触铣削平面中,各参数对理论粗糙度的影响趋势和大小,为加工参数的计算、选择提供了理论依据.