槽型结构对GH4169切槽加工性能的影响

本文采用4种不同槽型结构的切槽硬质合金刀片-TR、-SZ0、-SZ1和-SZ2进行高温合金GH4169切槽切削实验,测定各切槽硬质合金刀片的切削寿命及刀片磨损,观察切削实验切屑形貌,并通过有限元软件模拟仿真切槽切屑形貌,揭示硬质合金刀片的槽型结构对GH4169切槽加工性能的影响规律。结果表明:在目前国内航空加工企业的主流切削速度(v为40、60 m/min)条件下,-SZ2切槽刀片锋利的直线型刃口形式有利于提高刀片的使用寿命,其合理的断屑台结构可获得良好而稳定的断屑效果。     

刀具断屑槽对切削过程影响的数值模拟

本文通过有限元法模拟切削过程,对硬质合金刀片断屑槽在切削过程中的影响做了研究。结果表明采用平滑的槽型曲面有利于降低主切削力;断屑槽能够降低轴向力和径向力,进而可以帮助提高加工精度和工件的表面质量。切削过程中,有断屑槽的刀片表面等温线分布集中,而没有断屑槽的刀片表面有多个最高温度区域且温度更高,不利于刀片的使用寿命。另外,有断屑槽的刀片所产生切屑的有效应力、有效应变更大,更适合于加工塑性好的材料。     

多齿梳刀与D型刀片车削GH4169高温合金的对比研究

GH4169合金具有良好的高温特性,是国家航空航天领域的关键材料,但其可加工性极低。为了提高加工GH4169合金的效率,本文从刀具切削点数量入手,采用多齿梳刀车削GH4169合金,研究新型高温合金车削工艺,并与一般车削工艺进行对比实验。实验结果显示:两种刀具,切削深度均是切削力的主要影响因素;梳刀单齿切削力小,能有效分散切削力;对于D型刀片,切削速度是表面粗糙度的主要影响因素,对于梳刀,切削深度是表面粗糙度的主要影响因素;相同切削量条件下,梳刀刀刃磨损量小于D型刀片;D型刀片切屑为长螺旋型卷屑,梳刀切屑则为不规则缠绕屑,能有效断屑。梳刀较D型刀片对GH4169高温合金具有更好的切削性能。     

磨削工艺对硬质合金切槽刀片刃口质量的影响

本文采用树脂结合剂金刚石砂轮磨削硬质合金切槽刀片的断屑槽和周边,形成刀片的切削刃口。采用D46和D64两种不同粒度的砂轮分别制备了5°、10°、15°前角的切槽刀片。在断屑槽的磨削过程中,采用了一次磨削和两次磨削两种方式。通过表面粗糙度仪测量了断屑槽和周边的粗糙度值,通过SEM测量了刀片的刃口缺陷。结果表明:砂轮粒度磨削周边对表面粗糙度的影响不大,断屑槽磨削的表面粗糙度受粒度影响较大;刀片前角越大,刃口完整性保持越差;相同条件下断屑槽采用两次磨削能获得更好的刃口质量。通过此试验,明确了生产现场磨削此类刀片的磨削工艺:磨削周边选用D64砂轮以提高加工效率,磨削断屑槽选用D46砂轮两刀磨削以提高表面质量,最终在兼顾磨削效率和质量的条件下可获得较好的刃口质量。     

带减摩槽刀片切削机理的试验研究

本文通过对平前刀面和带减摩槽刀片的基本切削试验结果的分析 ,考察了减摩槽对主切削力 (Fz)以及切削变形和断屑性能的影响 ,在此基础上得出对三维断屑槽设计的一些有益结论 ,并据此设计了一种新型的断屑槽。     

德国Lach公司开发PCD和PCBN刀具断屑槽

最近,Lach公司在超硬刀具断屑槽技术上又有了新的发展,推出了带有断屑槽、商标名为CBN—DUO—power的新型PCBN切削刀片,并于2008年在德国斯图加特举行的AMB展览会上首次亮相。     

槽型几何参数对C型刀片切削45钢切削力和断屑性能的影响

45号钢是一种优质的碳素结构钢,因其具有良好的物理化学性能,成为了各行各业应用最广泛的工程材料之一。本文以调质45钢为工件材料,采用干式切削实验研究不同槽型几何参数对半精加工C型刀片切削调质45钢时的切削力和断屑性能的影响规律。结果显示:刀片的第一前角与反屑角都会影响切削力的大小,但第一前角的影响更为显著,适当地增加第一前角,有利于减少切削力,并求出不同切深下,切削力与第一前角的线性方程;刀片的断屑能力主要与反屑角的大小有关,适当地增大反屑角,有利于提高刀片的断屑性能;对于45号钢材料的半精加工,将刀片的第一前角控制在10°~15°,同时,本文获得了切削速度为200 m/s时,正常断屑范围的刀片反屑角与切深和进给率的量化关系,在不引起切削力显著增大的前提下,将反屑角提升至30°以上,可以获得良好的断屑性能。     

VC-2PSB型球头立铣刀

Dijet公司开发出几种新型断屑槽，这类刀片主要用于精密零件的车削加工。①MF、MM断屑槽：此类刀片为全磨制E级刀片，主要用于不锈钢材料精密零件加工。断屑槽前面和后面(刀片外周侧面)的磨削精度均有较大提高，可防止切削刃与工件材料发生粘附，提高加工表面光洁度，减少后刀后的磨损；     

双面八角形可转位铣刀片设计的有限元仿真与试验研究

安装双面八角形"ON"可转位铣刀片(以下简称"ON刀片")的45°平面铣削刀具应用广泛。本文通过分析该刀具的使用情况,并结合该刀具的结构特点,设计一款新切削刃结构的"ON刀片",刀片切削刃设置合理的倾角,使刀片切削刃在刀具上形成利于提升刀具切削性能和排屑性能的刃倾角。利用Advant Edge FEM软件对两种刀片进行有限元切削仿真,并进行实际切削试验,仿真评价与切削试验结果基本一致,新的"ON刀片"轴向切削力降低明显,切屑形状规则,且排屑顺畅。     

J系列小直径刀具

这是东芝Tungaloy公司的新产品，主要用于自动车床上进行小型零件的切削加工。特点：(1)刀片采用大前角断屑槽形状，即使在低速、低进给条件下，切削刃仍具有良好的锋锐性；(2)刀片材料为超细颗粒硬质合金，并经特殊涂层处理，可大幅度延长工具寿命；(3)J系列刀具为可转位式结构，刃尖定位精度很高，刀片为G级精度，     

人造金刚石新型槽刀的研制

本文针对硬质合金刀具切削中硅铝合金活塞槽存在的问题,研制出一种新型人造金刚石切槽刀。使用该刀,加工效率可提高二倍,加工成本降低62％,并且还提高了加工精度。从本文研究结果可以看出,人造金刚石刀具加工硅铝合金与硬质合金刀具相比,具有许多优点,是值得进一步开发和推广的刀具。本文不仅探讨了人造金刚石切槽刀的制造,还探讨了对刀具备参数的检测。     

Simulation of serrated chip formation in micro-milling of titanium alloy Ti-6Al-4V using 2D elasto-viscoplastic finite element modeling

Finite element simulations have been utilized in analyses of machining process for several decades. In mechanical micromachining, finite element simulation can also be used for predicting cutting forces, minimal chip thickness, temperatures, and tool wear. The accuracy of results and the computational cost are highly dependent upon the assumptions which govern that particular chip formation problem. This study presents a comparison of two different material assumptions in finite element simulation of micro-milling titanium alloy Ti-6Al-4V. The same simulation was conducted by using the elasto-viscoplastic and the viscoplastic material assumptions. The predicted results are compared against the experimental observations. The results have shown that the material assumption has a major effect on the mechanism of chip formation and heat generation but a minor effect on the cutting force and tool wear prediction. In terms of computational cost, it was found that the simulation with the viscoplastic material assumption can reduce simulation time up to eight times that of required for a simulation with elasto-viscoplastic assumption.     

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。      

钛合金超声振动车削数值模拟

钛合金作为一种轻型优质的结构材料,被广泛应用在航天航空等领域。同时,钛合金也是一种难加工材料,传统切削工艺难以实现钛合金高质高效加工。超声振动辅助加工是将超声信号转换为机械振动,使工件与刀具周期性分离,从而实现加工的方法。以TC4钛合金为研究对象,建立了Abaqus二维车削有限元模型,开展了普通车削与超声振动车削钛合金的数值模拟对比研究。仿真结果表明:超声振动车削钛合金可以有效减小加工过程中的平均切削力以及刀尖切削温度,且在设定的参数范围内,振幅越大,改善效果越明显。      

铝合金高速加工过程切削温度预测研究综述

铝合金材料凭借强度高、耐磨性好、加工性能良好以及焊接性能好等优点,在航空航天和汽车等行业得到了越来越广泛的应用。由于铝合金加工过程中切削温度高,易产生热变形、刀具磨损等问题,因此准确预测铝合金高速切削过程中的切削温度至关重要。从理论上分析了铝合金切削过程中的温度分布特点,比较了二维切削和三维切削有限元仿真过程,阐述了高速切削过程中切削温度的影响因素。     

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。     

航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析

切削加工过程模拟的实质是采用有限元方法求解非线性问题的过程。建立了钛合金构件切削有限元模型,其切屑分离准则是以材料损伤理论为基础确立的;利用已有的研究成果,构建了求解切削温度场和切削力的有限元模型;利用有限元软件ABAQUS/Explicit进行模型建立、材料输入、部件装配、局部细分网格、运动仿真等;通过对钛合金切削过程的仿真计算得到切削温度、切削力等的一般规律。结果表明:模拟结果与实际生产结果相符合。     

基于刀具磨损率及加工效率的工艺参数优化

钛合金环槽铆钉因其高的铆接强度及良好的防松性能被广泛应用于航空航天行业。钛合金切削性能差,切槽刀具工作环境恶劣,使得切槽车刀的磨损更加严重。以钛合金环槽车削加工为研究对象,运用数值方法,得到不同的切削速度、进给量参数下,钛合金车削加工环槽时硬质合金刀具后刀面的磨损速率。通过数据分析,建立刀具后刀面磨损速率预测模型,利用最小二乘法进行参数辨识。应用遗传算法对考虑刀具后刀面磨损速率和切削加工效率的双目标进行优化,得到最优工艺参数组合。结果表明,经过优化的工艺参数,使整体目标值提高了2.9%。     

钛合金TC21车削过程的三维数值建模与试验研究

针对一种新型高强度钛合金材料TC21钛合金难加工的特点,建立了车削过程的三维有限元模型。采用建立的三维车削有限元模型对钛合金材料TC21的切屑成形过程进行了数值模拟,并获得了切削过程的切削力变化曲线及应力值等物理量。同时,通过钛合金TC21的车削试验研究了刀具前角、进给速度及主轴转速对切削过程的影响规律。在相同切削条件下对试验结果与数值模拟进行了对比,结果验证了数值模拟的可靠性。实验结果表明,钛合金材料TC21的切屑也是锯齿状,且随着刀具前角的减小,TC21材料切屑锯齿状形态越明显。     

A review of tool wear estimation using theoretical analysis and numerical simulation technologies

A thorough understanding of the material removal process in cutting is essential in selecting the tool material and in design, and also in assuring consistent dimensional accuracy and surface integrity of the finished product. Tool wear in cutting process is produced by the contact and relative sliding between the cutting tool and the workpiece, and between the cutting tool and the chip under the extreme conditions of cutting area. This paper presents the information on development of study on theoretical analysis and numerical simulation of tool wear in all over the world. Hidden Markov models (HMMs) were introduced to estimate tool wear in cutting, which are strongly influenced by the cutting temperature, contact stresses, and relative strains at the interface. Finite element method (FEM) is a powerful tool to predict cutting process variables, which are difficult to obtain with experimental methods. The objective of this work focuses on the new development in predicting the tool wear evolution and tool life in orthogonal cutting with FEM simulations.