PCBN硬态加工表面粗糙度形成分析及实验

对聚晶立方氮化硼刀具硬态切削加工表面粗糙度形成进行分析,认为其加工粗糙度形成主要原因和普通切削不一样,切削残留、侧向塑流和机床系统振动是加工表面粗糙度形成的主要原因。通过试验和扫描电镜观察证明了：切削残留对粗糙度大小影响最大;切削条件不同导致侧向塑流发生程度不一样,对加工表面粗糙度有很大影响;进给量和刀尖圆弧半径的影响明显超过切削速度和切削深度。     

振动频谱分析协助下薄壁零件加工工艺参数优化

针对薄壁零件模具推管切削加工频发颤振的生产实际,借助振动频谱分析原理,采用单因素法研究各切削参数对振动的影响,绘制不同切削速度、背吃刀量及进给量对加工振动影响变化图。根据该变化图,确定有效避开自激颤振的振动稳定区,选定薄壁零件切削加工工艺参数优化值:切削速度300~350 m/min、背吃刀量约0.35 mm、进给量约0.25mm/r,以指导生产加工。     

钛合金超声椭圆振动铣削残余应力有限元仿真

为了分析在超声椭圆振动铣削加工中振动参数和切削参数对TC4工件残余应力的影响,运用ABAQUS有限元软件模拟了钛合金超声椭圆振动铣削加工过程。采用单因素试验法和正交试验法,研究进给方向上振动参数和切削参数对工件残余应力的影响,并用极差法分析实验数据得到其优化参数组合。研究表明,在钛合金超声椭圆振动铣削加工中,对工件的残余应力影响因素从小到大依次为:切削速度,幅值,振动频率,每齿进给速度;在一定的研究范围内,振动频率和振幅的增大,刀具和工件接触时间更短,切削热更易消散,导致残余应力减小;切削速度和进给速度的增大,加剧了刀具和工件之间的摩擦,产生更多的切削热,导致残余应力增大。     

超声振动切削技术发展简述

超声振动切削作为一种特种加工方式,在金属切削、脆性材料与复合材料加工领域中有着广泛的运用。一维超声振动切削和椭圆超声振动切削是超声振动切削加工的两种常见形式,能有效地降低切削力、切削热,并提高刀具寿命和加工表面质量。高速超声振动切削作为一种新方法被提出,打破了前二者的临界切削速度,并在TC4钛合金切削实验中保持了超声振动切削的传统优势,同时实现了200~400 m/min的高速切削,将超声振动切削推入了高速化发展阶段。     

基于振动试验建模的不平衡状态预测研究

本文采用不同不平衡量的高速精加工铣削刀具开展铣削振动试验,研究在三种切削速度下,刀具的不平衡量与振动量的关系,利用统计学中回归方法建立相应的数学模型,并通过显著性分析和验证试验证明了三种数学模型的有效可行性。试验结果表明,在使用具有相同不平衡量的高速精加工铣削刀具情况下,切削速度越大,刀具振动量也相应变高;在相同切削参数情况下,刀具不平衡量越高,其振动量也相应变高。同时在不同切削条件下,通过数学模型可以有效对刀具动平衡状态进行预测,从而诊断出刀具的高速精密加工切削性能。     

微棱镜反光阵列超声振动刨削试验研究

通过超声振动刨削加工微棱镜阵列的正交试验,分析了刀具材料、刀具工作前角、切削速度、第三次切削深度对微棱镜阵列表面质量和刀具寿命的影响。结果表明：刀具材料是试验指标粗糙度Ra、V形槽夹角β、加工后刀尖圆弧半径R的第一影响因素;第三次切削深度ap是磨损量NB的第一影响因素;切削速度v是四个试验指标的第二影响因素;当刀具材料选用PCD,刀具前角为-3.8°,切削速度为900mm/min,第三次切深为2μm时,微棱镜阵列表面加工质量好,刀具寿命高。     

超细晶硬质合金刀具车削不锈钢的切削温度研究

超细晶硬质合金刀具由于具有更高的硬度和抗弯强度,可以满足现代制造业的更高要求,在难加工材料高速切削领域显示出明显优势。在不锈钢材料的加工过程中,切削温度对刀具的磨损有极大的影响,而多数实验方法很难测得刀具表面具体的温度分布。借助DEFORM仿真分析软件,模拟超细晶硬质合金刀具对304不锈钢的车削过程;依据正交试验方法,分析切削用量三要素切削速度、进给量和背吃刀量对刀具温度的影响规律;通过实际车削实验与仿真结果进行比较,并与普通晶粒硬质合金刀具进行对比。结果表明:与普通晶粒硬质合金刀具加工相似,切削速度对超细晶粒硬质合金刀具温度的影响程度最大,其次是进给量,最后是背吃刀量;超细晶粒硬质合金比普通晶粒硬质合金刀具具有更好的散热性,尤其在较高速度条件下切削,优势更加明显。     

钛合金腹板高速超声椭圆振动铣削力研究

高速超声椭圆振动切削是使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行的超声频断续切削,突破了超声振动加工对临界速度的限制。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置对钛合金腹板进行铣削试验,结果表明:随着高速超声椭圆振动切削的速度增大,切削力增幅明显,且相比于普通铣削所受到的切削力约少20%。     

切削速度与进给量对UVC硬态切削加工的影响

阐述了超声振动切削(Ultrasonic Vibration Cutting,UVC)的加工机制,并通过理论计算研究了切削速度对加工过程的影响,同时对Incone1718硬态合金进行UVC加工和传统车削法加工(Conventional Turning Method,CT),研究了切削速度与进给量对刀具切削性能的影响.实验结果表明:在进行低速硬态切削时,UVC在切削表面质量和刀具寿命方面均优于CT;同时切削速度和进给量对切削力和刀具磨损都有显著影响,与理论研究结果相符.     

硬质合金立铣刀铣削镍基高温合金GH4169的铣削振动试验研究

在切削液条件下采用单因素试验方法,进行涂层硬质合金立铣刀铣削GH4169试验,对比分析了切削用量对铣削振动的影响规律。试验结果表明:在试验条件范围内,单因素法改变切削用量对铣削振动的影响不同,铣削振动值从大到小分别为v_x、v_y、v_z;切削速度v_c与每齿进给量f_z对铣削振动的影响较大;径向切削深度a_e对铣削振动的影响不明显;轴向切削深度a_p对铣削振动的影响显著。     

BTA深孔钻削过程中工件振动影响因素的研究

在BTA深孔钻削过程中,工件的振动是导致孔加工质量和精度降低的重要因素。通过实验和MATLAB拟合分析不同的切削参数(进给量f、切削速度v、主轴转速n)对工件振动的影响。分析结果表明,在深孔加工过程中,工件的中间位置振幅最大;随着进给量的和切削速度的增大,工件的振幅增大,振幅增大量先增大后减小;主轴转速的变化对工件的振动影响很小。合理的选择切削参数可以降低工件的振动。     

Effect of machining parameters in ultrasonic vibration cutting

The ultrasonic vibration cutting (UVC) method is an efficient cutting technique for difficult-to-machine materials. It is found that the UVC mechanism is influenced by three important parameters: tool vibration frequency, tool vibration amplitude and workpiece cutting speed that determine the cutting force. However, the relation between the cutting force and these three parameters in the UVC is not clearly established. This paper presents firstly the mechanism how these parameters effect the UVC. With theoretical studies, it is established that the tool–workpiece contact ratio (TWCR) plays a key role in the UVC process where the increase in both the tool vibration parameters and the decrease in the cutting speed reduce the TWCR, which in turn reduces both cutting force and tool wear, improves surface quality and prolongs tool life. This paper also experimentally investigates the effect of cutting parameters on cutting performances in the cutting of Inconel 718 by applying both the UVC and the conventional turning (CT) methods. It is observed that the UVC method promises better surface finish and improves tool life in hard cutting at low cutting speed as compared to the CT method. The experiments also show that the TWCR, when investigating the effect of cutting speed, has a significant effect on both the cutting force and the tool wear in the UVC method, which substantiates the theoretical findings.     

PCBN刀具高速铣削TC4钛合金切削性能与工艺参数优化研究

针对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的加工特性,采用PCBN刀具,基于单因素试验,研究高速铣削条件下工艺参数对切削力、切削振动等的影响规律,提出综合考虑切削力、切削振动、表面粗糙度的工艺参数优选方法。研究表明:切削力和切削振动随切削速度v和每齿进给量f_z的增大呈现一定的波动,随径向切深a_e和轴向切深a_p的增大而增大,切削振动受切削力影响较为显著。考虑切削性能,以材料切除率为优化目标,以切削力、切削振动和表面粗糙度等为约束条件,建立工艺参数优选模型,可得到不同约束条件下工艺参数的优选组合。     

Machinability study of tungsten carbide using PCD tools under ultrasonic elliptical vibration cutting

Sintered tungsten carbide (WC) is an extremely hard and brittle material extensively used in tool manufacturing industries. However, the current cutting technologies for shaping this typical hard-to-machine material are still cost ineffective. In this study, polycrystalline diamond (PCD) tools are used to study the machinability of sintered WC (~15% Co) by applying the ultrasonic elliptical vibration cutting (UEVC) technique. Firstly, it presents the UEVC principle and the effects of speed ratio (i.e. the ratio of the nominal cutting speed to the maximum tool vibration speed in the cutting direction) on the tool–workpiece relative motion as the cutting speed greatly influences the UEVC performance. Then UEVC experiments are carried out to analyze the cutting force, tool-wear progression, chip formation and surface quality against the cutting time at different speed ratios. The results show that when the speed ratio decreases, the resultant cutting force and the tool flank wear decrease while the surface finish improves. Average surface roughness, R_a, in a range between 0.030 and 0.050 μm is achieved at speed ratios less than 0.107. The experimental findings suggest that the commercial PCD tools can be used to machine sintered WC to achieve ultraprecision surface by applying the UEVC technique, which will be cost effective for miniature cutting technologies in future.     

A theoretical and experimental study of surface generation under spindle vibration in ultra-precision raster milling

In ultra-precision raster milling (UPRM), the impulse spindle vibration induced by the impulse-like cutting forces is intrinsic and special mechanism majorly influencing surface topography. It is fundamentally distinctive with the step spindle vibration induced by the step-like cutting forces in turning. However, no work has been conducted to study surface generation under the impulse spindle vibration in UPRM in depth. Consequently, this paper theoretically and experimentally elaborates that in UPRM, (i) the impulse spindle vibration includes the axial, radial and coupled-tilting spindle vibration with damping; (ii) the excitation frequency of the impulse-like cutting forces, i.e. spindle speed, determines the spindle vibration characteristics, i.e. synchronous or asynchronous spindle vibration; (iii) the coupled-tilting spindle vibration is a predominant factor influencing surface generation; and (iv) the irregular spindle-vibration waves induced by the impulse spindle vibration produce one of the irregular, lattice-like and stripe patterns or their hybrids at a milled surface.     

超声振动辅助铣削加工实验研究

通过实验研究了超声振动辅助铣削加工参数和振动参数对切削力与表面粗糙度的影响。在工件上施加沿进给方向的高频率、小振幅的超声振动。通过切削轨迹研究了超声振动切削的瞬时切削厚度,进而分析了切削力。以主轴转速、每齿进给量和振幅为参数,设计了一系列超声振动辅助铣削加工实验,并利用方差分析方法研究了各参数对切削力影响的显著性。研究结果表明:与未施加超声振动相比,施加超声振动后的切削力明显降低;超声振动铣削加工时对切削力的影响程度由大到小依次为振幅、主轴转速、每齿进给量;在特定的参数下,表面粗糙度也有所改善;表面形貌在同一振幅、不同进给量下存在明显差异。     

模具钢硬铣削过程振动和声发射信号监测与分析

硬切削作为绿色切削的重要组成部分,已成为金属切削的一个研究热点。为了对硬切削过程进行监测,建立了一套信号采集系统,通过该系统采集模具钢铣削过程中的振动信号和声发射信号,并从时域、频域对其进行了分析研究。研究结果表明：模具钢硬铣削过程的振动信号和声发射信号的时域波形呈现不同的特点;振动信号和声发射信号的均方根值随切削速度的增大均呈明显的增大趋势,而受每齿进给量和铣削深度影响很小;随着切削速度的提高,振动信号各频段的幅值均增大,但频谱分布基本不变;随切削速度的提高,声发射信号的频谱成分增多,并导致了均方根值的增大。     

基于模态分析的高速铣削主轴转速选择

分析了高速铣削的特点以及切削加工中的振动现象,研究了高速切削和普通切削中的工件振动对加工精度的影响程度,提出了在高速铣削情形下工件振动会影响加工精度的假设。然后采用振动力学中的谐响应方法分析了铣削加工中工件振动的简化模型,研究了工件在刀具作用力下的振动情形;并通过有限元分析软件进行实例仿真,结果表明在高速切削情况下工件的振动会影响要求较高的加工质量。最后,给出了利用模态分析来优化主轴转速的方法,为高速切削情况下减小振动、提高加工质量提供了一种途径。     

基于田口法和主成分分析法的高速铣削316L不锈钢的参数优化

为了全面考虑切削参数对切削过程中切削力和振动的综合影响,将田口法与主成分分析法相结合,应用SPASS软件,以切削合力和切削振动为综合目标进行切削参数优化,得出小直径铣刀高速铣削316L不锈钢外形轮廓的最优的切削参数组合,并验证了结果的正确性。