FV520B钢铣削参数优化及振动试验研究

高速铣削是航空材料加工制造中的关键技术之一。针对刀具大悬伸量加工时的振动抑制问题,通过高速铣削正交试验和不同刀具悬伸量下的高速铣削实验,研究铣削参数对铣削力及刀具悬伸量对铣削振动的影响规律。研究表明:采用12 mm平底刀,当铣削速度为75 m/min、每齿进给量为0.02 mm/齿、铣削宽度为5 mm、铣削深度为1 mm时,切削力最小,此参数下刀具最佳悬伸量为30～40 mm。研究结论为高速铣削工艺优化以及铣削振动控制提供了依据。     

影响铣削颤振稳定性的因素与规律分析

应用Altintas切削颤振理论实现了铣削颤振的预测,并对影响铣削稳定性的机床系统因素进行了分析。研究发现,稳定性叶瓣图会受到机床的主轴-刀具系统模态参数影响,尤其是模态刚度、阻尼比和固有频率。另外,通过系统动刚度相同的条件下不同的阻尼比和模态刚度组合对铣削稳定性的影响分析发现,模态刚度对系统稳定性的影响要大于阻尼比的影响程度。分别对影响铣削加工稳定性的刀具参数、工件材料特性以及切削参数等因素及其对铣削稳定性的影响规律进行了分析。结果显示:减小刀具齿数、刀具螺旋角和刀具悬伸量,并增大刀具直径对于改善切削颤振有益;具有较小切向切削力系数和径向切削力系数的材料更容易实现稳定切削;减小铣削宽度,并采用顺铣方式,系统的临界切深更大。     

微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

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。     

钛合金TC4高速铣削参数对铣削力的影响研究

钛合金高速铣削因其高效率、高质量、小变形等优点,广泛应用于航空、航天、船舶、军工制造等行业。针对难加工材料TC4(Ti-6Al-4V)的高速铣削加工技术,开展了铣削深度、铣削宽度、每齿进给量、主轴转速的四因素三水平正交试验,分析各铣削参数对铣削力的影响。实验过程中将铣削力分解为切向铣削力、径向铣削力和轴向铣削力,采用多元线性回归分析法,建立了各向铣削力模型,并进行了显著性检验。为验证模型的准确性,设计了新的加工实验进行验证。实验结果表明:该模型准确度高,能够预测铣削过程中的各向铣削力。     

MDH80加工中心铣削稳定性研究

为了提高发动机缸体与缸盖结合面的表面加工质量,研究了铣削加工过程中的颤振稳定性问题。进行了刀具—主轴锤击模态试验和铣削力仿真实验,获得了所用刀具的低阶模态参数及铣削力系数。构建了铣削颤振的稳定性叶瓣图,用于指导切削参数的选择和优化。通过该方法可以选取合适的主轴转速和切削深度,避免加工过程中颤振的发生,提高工件表面的加工精度,并对加工刀具及机床本身有保护作用,可提高其使用寿命。     

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。     

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。     

交流磁化处理对硬质合金刀具切削性能的影响

为研究交流磁场对硬质合金刀具切削性能的影响,对YT5刀具进行磁场强化处理,通过正常工况下铣削不同磁属性材料,从铣削力、刀具摩擦磨损和工件表面质量3个方面分析了磁场影响规律。运用Kistler-9257B动态压电式测力仪测量铣削力的变化,并在扫描电镜(SEM)上观察了刀具的磨损形貌。结果表明,磁场强化处理对硬质合金铣刀加工铁磁性材料的工件表面质量具有优化作用,磁化处理减小了刀具的磨损,增大了切削力,工件表面质量有所提高。加工顺磁性材料时,铣刀的磨损减少,切削力基本不变,工件表面质量无明显提高。     

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。