微细切削中侧刃的切削影响研究

尺度效应是微切削工艺中的一种特殊现象,通常用最小未变形切屑厚度来判定尺度效应发生的临界点。为了更好地理解微细铣削的切削机理,对铣刀钝圆半径与尺度效应之间的关系进行深入研究是有必要的。由于在铣削加工过程中,刀具大多数为径向进给,侧刃为主要切削刃,因此这里对仅有侧刃参与切削的情况进行了仿真与试验研究。通过对仿真中切屑形貌与试验中表面粗糙度的分析,分别确定了仿真与试验的最小未变形切屑厚度值。仿真与试验结果表明,微细铣削的两种工艺方式对最小未变形切屑厚度的影响有限,最小未变形切屑厚度为（0.28～0.40）倍的铣刀钝圆半径。同时,工件的材料属性对刀具侧刃的最小未变形切屑厚度有一定的影响。本研究可以用于指导微细铣削加工中对于不同刀具钝圆半径及工件材料加工参数的选择和量化,提高工件加工质量具有重要参考价值。     

微铣削单晶高温合金刀具磨损实验研究

为研究微小刃径刀具切削难加工材料后刀具的磨损,针对单晶镍基高温合金材料的难加工特性,设计了单因素实验方案,采用直径为0.6 mm的硬质合金微小刃径刀具对单晶镍基高温合金DD98进行微铣削加工;通过磨损后的刀具直径和铣削槽底宽度尺寸的变化来定义微铣削刀具(微小刃径刀具)切削加工的磨损标准,建立了微铣削刀具磨损标准的数学模型;基于单因素实验方案,探讨了不同切削参数条件下,微铣削长度对刀具磨损量的影响.相关研究和实验数据对于探索难加工材料的切削机理具有理论指导意义.     

微铣削单晶高温合金刀具磨损实验研究

为研究微小刃径刀具切削难加工材料后刀具的磨损,针对单晶镍基高温合金材料的难加工特性,设计了单因素实验方案,采用直径为0.6 mm的硬质合金微小刃径刀具对单晶镍基高温合金DD98进行微铣削加工;通过磨损后的刀具直径和铣削槽底宽度尺寸的变化来定义微铣削刀具(微小刃径刀具)切削加工的磨损标准,建立了微铣削刀具磨损标准的数学模型;基于单因素实验方案,探讨了不同切削参数条件下,微铣削长度对刀具磨损量的影响.相关研究和实验数据对于探索难加工材料的切削机理具有理论指导意义.     

微铣削单晶高温合金刀具磨损实验研究

为研究微小刃径刀具切削难加工材料后刀具的磨损,针对单晶镍基高温合金材料的难加工特性,设计了单因素实验方案,采用直径为0.6 mm的硬质合金微小刃径刀具对单晶镍基高温合金DD98进行微铣削加工;通过磨损后的刀具直径和铣削槽底宽度尺寸的变化来定义微铣削刀具(微小刃径刀具)切削加工的磨损标准,建立了微铣削刀具磨损标准的数学模型;基于单因素实验方案,探讨了不同切削参数条件下,微铣削长度对刀具磨损量的影响.相关研究和实验数据对于探索难加工材料的切削机理具有理论指导意义.     

微切削加工的切屑变形及切削力

本文从分析微切削加工表面的形成机理入手,在考虑刀具钝圆半径存在的条件下,分析了切削表面的形成过程和微切削加工中切削变形系数,在理论上阐明了微切削加工中的切屑变形及切削力情况。在进一步实验的基础上,探明了微切削加工中,切削速度、进给量、切削深度、刀具材料及工件材料等影响切屑变形及切削力的因素。得出了微切削加工中的切屑变形系数要大于常规切削加工的切屑变形系数,减小刀具钝圆半径会减小刀具后刀面与工件的接触长度,并且会减小切削刃以下部分金属的变形,有利于获得高质量的加工表面的结论。     

切削刃钝圆半径对微切削过程的影响

基于有限元法对切削刃钝圆半径在微切削中产生的影响进行了研究。研究结果表明:较大的切削刃钝圆半径无法加工出微结构中比较尖锐的棱角结构;切削刃钝圆半径形成尺寸效应,并引起有效切削前角的变化;将三维切削仿真转化为二维切削仿真,可有效提高仿真效率;利用有限元仿真可获得最小切削厚度与切削刃钝圆半径的数值关系。     

基于圆弧刃刀具的超精密切削分析

分析圆弧刃刀具切入过程、切削刃钝圆和进给量对加工质量的影响.对金刚石刀具的刀尖圆弧半径、圆弧切削刃钝圆半径、进给量与表面粗糙度之间的关系进行描述.结果表明:正确地选择刀尖圆弧半径、切削刃钝圆半径和进给量是获得高质量加工表面的有力保证.     

奥氏体不锈钢多晶切削建模及毛刺仿真分析

在金属切削中加工尺度较小时,材料的尺寸效应、材料强化对流动应力的影响及毛刺的存在会严重影响已加工表面质量及尺寸精度,甚至会导致工件报废。基于应变梯度理论,通过子程序嵌入到ABAQUS软件中,构建二维多晶切削模型来探究不同刀具结构对毛刺形成的影响,并清楚观察到晶粒的塑性流动及变形过程。在对该模型的可行性进行验证后展开模拟分析发现,随着刀具前角的增大、切削刃钝圆半径的减小及倒角长度和倒角角度的减小,出口毛刺尺寸均会减小,而刀具后角的变化对毛刺尺寸影响极小,本研究为毛刺的控制及已加工表面质量的提高提供了新的思路。     

金刚石车刀前角与切削刃钝圆半径对单晶硅加工表层质量的影响

在对单晶硅的超精密切削加工中,为了优化金刚石刀具参数以利于实现其塑性域切削,运用线弹性断裂力学和有限元法对在不同的刀具前角和切削刃钝圆半径下切削区域的应力场分布和微裂纹扩展规律进行了计算仿真研究,并在此基础上进行了单晶硅的金刚石切削试验以验证仿真分析。结果表明,采用前角范围为-15°～-25°的车刀进行切削有利于抑制原子级尺寸裂纹初步扩展成微裂纹,因此可以提高加工时的脆塑转变临界切深值,有利于实现塑性域切削;而且,切削刃钝圆半径越小加工时的微裂纹就越不易扩展,因此也就容易实现单晶硅的塑性域车削,得到高质量的金刚石切削加工表面。     

超精密切削时刀具切削刃的作用机理分析

分析了金刚石刀具切削刃的切削作用、脆性材料超精密切削时切屑形成机理；对金刚石刀具切削刃钝圆半径、切削厚度、切削角三者之间的关系进行了描述。结果表明：脆性材料可以实现塑性域超精密切削加工；控制切削参数可以加工出满足要求的表面粗糙度和表面波纹度，为生产实际提供可靠的工艺条件及技术参数。     

微切削镍基高温合金表面质量的研究

镍基高温合金是一种难加工金属材料,加工后表面质量很难保证。而表面质量是微切削加工追求的重要内容,其对加工后零件的耐磨性、耐腐蚀性和热传导性能都有很大的影响。在分析切削实验结果基础上,进行微切削仿真,深入研究镍基高温合金微切削时的表面质量。结果表明:微切削过程中切屑层晶粒破碎并由于产生的高温软化在前刀面形成积屑瘤,积屑瘤软化从下刀面流出,残留在加工表面形成硬点毛刺。由于微切削刀具刃口钝圆半径尺寸不能忽略,进而产生犁耕现象,即在进行微切削的过程中,钝圆前方的晶粒被刀具刃口挤压,压入加工表面,在加工表面形成凹陷。由仿真现象发现,锯齿形切屑的形成有利于减少犁耕现象。     

模具侧壁加工中切削刃形状对加工精度和刀具寿命的影响

高硬度模具侧壁精铣加工需要抑制长悬伸刀具的震颤,提高切削刃强度.切削刃形状参数主要包括刀具前角和刃口钝圆半径(或倒棱宽度),通过切削试验分析轴向前角和切削刃钝圆半径对加工表面精度和刀具寿命的影响规律,优化刀具刃口形状,可以获得更优良的加工精度和更长的刀具寿命.     

用金刚石端铣刀高速加工铝材

试验用设计的金刚石端铣刀进行了铝合金铣削试验,在常规的切削速度下用普通刀具加工零件,由于积屑瘤和毛刺的形成,往往引起刀具寿命短,加工表面质量差及切削刃质量差.在许多行业的铝合金加工技术中,较高的表面光洁度及切削刃质量很重要,也很需要.本试验的结果揭示出使用新设计的金刚石端铣刀高速切削铝合金,能加工出镜面表面,而不产生积屑瘤和毛刺.     

基于ABAQUS/Explicit的AZ31b镁合金微铣削三维仿真研究

传统铣削仿真往往基于宏观建模而忽略了切削刃钝圆半径,对于微切削过程中出现的尺度效应以及最小切削厚度等特有现象无法进行准确描述,与实际加工差距较大。本文利用有限元软件ABQUS/Explicit对AZ31b镁合金材料微铣削过程进行三维变切削厚度仿真,采用ALE自适应技术控制网格畸变过大问题,进而获得了反映尺度效应的微铣削模型,并研究了主轴转速、铣削深度、每齿进给量对于铣削力的相关影响。     

自制硬质合金刀具加工钛合金时的铣削性能研究

利用有限元仿真手段,以切削力和切削温度作为评价标准,完成了钛合金加工用硬质合金四刃平头立铣刀几何参数的设计与优选,并基于优化后的参数自行制备得到了硬质合金刀具实体。通过开展自制立铣刀在Ti-6Al-4V材料表面的槽型铣削实验,系统研究了切削用量对加工表面质量,尤其是槽型边沿毛刺的影响趋势。根据自制与商用四刃平头立铣刀在相同切削条件下的加工效果及刀具磨损情况对比,证实了自制刀具在减小毛刺尺寸、降低加工表面粗糙度以及提高刀具使用寿命等方面的性能优于商用刀具。     

微切削加工中切削力的理论与实验

微切削过程中的切削力严重影响刀具寿命及零件的加工精度,因此,深入研究微切削过程中的切削力变化规律及影响因素是确定合理的加工参数、加工工艺及提高加工系统性能的基础.本文在考虑刀具钝圆半径存在的条件下,采用轴对称原理建立了微切削力理论公式及微切削模型,实验研究了切削用量、刀具材料及工件材料对切削力的影响,验证了理论分析的正确性.研究结果表明:在切深ap为0.002～0.032 mm,进给量f为0.01～0.20 mm/r,切削速度v为20～120 m/min情况下,切削力Fz的变化范围为100～1030 N,Fy的变化范围为40～700 N;减小刀具钝圆半径会减小刀具后刀面与工件的接触长度,并且会减小切削刃以下部分金属的变形,有利于获得高质量的加工表面;控制切削速度对切削力的影响可以通过控制切削层厚度与刀具钝圆半径的比值来实现,控制切削力比值Fz/Fy则可以通过控制走刀量、切深与刀具钝圆半径的比值来实现.     

基于ABAQUS的TC4钛合金微铣削有限元仿真

当实际切削用量减小到微米级别时，传统铣削仿真无法对微铣削表现出的尺度效应和最小切削厚度等现象进行准确描述。以TC4钛合金为研究对象，建立考虑应变梯度理论修正的Johnson-Cook本构模型，采用ALE自适应技术控制网格畸变过大的问题，运用ABAQUS有限元软件对微铣削加工过程进行有限元模拟，获得反映尺度效应的微铣削模型，进而分析刃倾角和切削刃钝圆半径对切削过程的影响，以及主轴转速和每齿进给量对铣削力的影响，揭示了微切削区域塑性变形规律。     

微切削加工技术

在探讨切削技术发展动力的基础上给出了机械加工的尺度划分方法。通过综述微制造技术,介绍了微切削加工装备和微切削刀具,提出了利用应变梯度塑性理论进行微切削机理研究的设想,从分子动力学模拟仿真、最小切削厚度、切屑形态、微切削力、切削温度、工件材料的微量加工性、刀具变形、表面粗糙度与切削稳定性、毛刺、积屑瘤、刀具磨损等不同方面分析了微切削机理的研究现状和存在问题。最后介绍了微铣削CAD/CAM技术,并指出了微切削加工技术的发展趋势。     

微铣削力建模研究进展

微铣削加工是实现具有三维复杂结构和材料多样性特征的微型零部件制造的有效技术手段,具有日益广阔的应用前景。然而由于刀具尺寸及加工参数的急剧缩减,微铣削表现出显著不同于传统铣削的加工机理。作为理解微铣削加工机理的最重要基础之一,至今已有大量关于微铣削力建模的研究,但是它们主要针对单一现象或者某几个现象进行研究,尚少有系统完善的理论来解释微铣削加工的力学过程,因此对微铣削加工切削力的全面总结是非常必要的。结合国内外微铣削技术的最新研究进展,从微铣削与传统铣削的不同加工机理出发,对微铣削力建模进行全面的论述和总结,并重点介绍刀刃钝圆半径、刀具跳动、挠性变形和刀具磨损对微铣削力建模的影响。探讨了目前微铣削力建模方法中的热点与难点,并指出了现有微铣削力建模有待研究的内容。     

钝圆半径对镍基高温合金的铣削性能影响

铣削典型的难加工材料镍基高温合金时,刀具刃口直接接触参与切削,对铣削性能起到决定性作用。通过建立刀具精确三维模型和有限元切削仿真模型,对不同钝圆半径的圆角铣刀铣削镍基合金进行仿真,分析钝圆半径对切削性能的影响,开展切削试验进行验证。结果表明:钝圆半径对刃口附近集中区域的应力和温度以及进给抗力和切深抗力影响较为显著;钝圆半径增大,切屑挤裂程度增加,刃口附近集中区域的应力和温度呈减小趋势;切削仿真和实际切削试验具有较好的对应关系。