刀具磨损对TB6钛合金车削表面残余应力影响的研究

表面残余应力是表面完整性的重要指标,基于此研究刀具磨损对TB6钛合金车削表面残余应力的影响。应用计算机软件建立磨损刀具与TB6钛合金的有限元模型,仿真分析不同后刀面磨损量的刀具在车削过程中对切削力、切削温度和表面残余应力的影响,得到切削力、切削温度的变化趋势,以及进给方向和切削方向的表面残余应力受影响规律。     

基于响应曲面法的钛合金干式车削工艺参数优化

为了提高钛合金干式车削加工质量，采用响应曲面法对主要车削工艺参数进行了优化，以工件表面粗糙度Ra和刀具磨损量VC作为评价指标，设计了切削速度、背吃刀量和进给量三因素的Box Behnken实验模型。利用方差和拟合残差概率分布分析三因素的显著性及交互作用，并结合实验检验所建表面粗糙度和刀具磨损二阶响应预测模型的有效性。响应曲面法优化后的最佳工艺参数为：切削速度20 m/min、背吃刀量0.178 8 mm、进给量0.1 mm/r，此时得到的表面粗糙度和刀具磨损量为1.031 μm和155.6 μm，与预测值的误差分别为：9.93%和1.58%。结果表明：基于响应曲面法的钛合金干式车削表面粗糙度和刀具磨损量预测模型准确有效。     

计算点到曲面最短距离的网格法

为提高最短距离计算的精度、效率和稳定性,提出了一种计算点到曲面最短距离的网格法。该方法首先利用曲面上给定的一点作为初始点,以该点为中心按给定步长将曲面划分为四个网格区域;然后分别计算空间点与初始点以及四个网格中心的距离,选取其中最小的距离作为最短距离,并得到相应网格中心;最后以该中心作为初始点,步长减半,重复以上步骤,从而获得满足一定精度的最短距离。分别以两个复杂曲面为计算实例,通过对所提方法与其他方法的计算结果进行比较,验证了该方法的有效性。     

超声雾化辅助切削钛合金的表面质量和刀具磨损

为了减轻钛合金干式切削时的刀具磨损,提高试件表面质量,提出了一种水基切削液超声雾化辅助切削的方法.首先,以TC4钛合金为切削对象,进行了钛合金干式切削试验.然后,以纳米级水溶性油基切削液与去离子水混合后形成的乳化液为雾化介质,由超声雾化器转化为微小液滴并作用于刀工界面,进行了超声雾化辅助切削试验.最后,对比分析了超声雾化辅助前后,TC4工件表面粗糙度、刀具磨损、元素扩散和切屑形貌等情况.实验结果表明:与干式切削相比,超声雾化辅助切削后的钛合金表面粗糙度降低47.6％、后刀面刀具磨损值最大降低36μm、刀具表面Ti、O元素含量分别从78.72％、6.32％减少到75.49％、1.85％.     

梯度微纳米复合陶瓷刀具材料的力学性能和微观结构

针对高速切削航空难加工材料镍基高温合金时对高性能刀具的迫切需求,采用热压烧结工艺,制备sialon梯度微纳米复合陶瓷刀具材料,研究烧结温度、保温时间、梯度层数对刀具材料力学性能及显微组织的影响。利用X射线衍射仪分析材料的物相组成,通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对微观形貌进行分析。结果表明:在1750℃烧结、压力35 MPa、保温60 min的条件下,成功合成了β-sialon。具有7层梯度结构的刀具材料在此工艺条件下可获得最优的力学性能:抗弯强度σf=840 MPa,表层维氏硬度HV为17.32 GPa,表层断裂韧性K_(IC)=8.96 MPa×m~(1/2),表层残余应力σ_r=-423 MPa,满足刀具材料的使用要求。微纳米颗粒的同时加入和合理的梯度结构是获得较高力学性能的主要原因。     

中点误差控制宽行加工算法

现有的几种利用圆环形切削刃刀具实现五轴宽行加工刀轨生成算法在计算曲率突变曲面时存在刀心波动问题,不利于提高加工效率和保证加工质量。通过分析现有宽行加工算法刀位调整过程,认为产生刀心波动的两个理论因素:行宽致波动量和刀轴致波动量,其中行宽致波动量是由于相邻两刀位行宽大小不一致导致的刀心波动量,刀轴致波动量是由于曲面曲率变化导致刀具的旋转自由度变动产生的刀心波动量。虽然存在两者异号相抵的情况,但也存在同号时增大刀心波动的情况。鉴于问题复杂性,从理论上消除行宽致波动量产生的刀心波动出发,提出中点误差控制刀位优化算法,该算法中的刀心波动仅由刀轴致波动量产生。算法以有效特征线段中点定位刀具,以最大加工行宽为目标,对刀具姿态进行优化。编制了计算程序并对某种螺旋桨试件进行试切试验。通过与Sturz算法和多点法(Multi-point method,MPM)结果比较,验证该算法在减小刀心波动、改善刀轨光顺性和提高加工效率方面的有效性。     

基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法

针对目前航空发动机叶片进排气边加工精度和表面质量较差的问题,提出了一种基于机床运动学约束球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法。建立刀位优化变量与刀位数据之间的关系方程,同时建立刀位数据与机床回转轴角度之间的运动变换方程,从而推导出刀位优化变量与机床回转轴角度之间的关系方程。通过求解上述方程得到球头刀多轴加工复杂曲面的刀轴矢量计算公式。在此基础上,给出球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法和刀轨生成方法。同时,以某航空发动机叶片为例,分析了本文算法和Sturz算法对机床回转轴角度的影响。分别利用本文算法和Sturz算法生成该叶片进气边加工的刀轨,并在五轴数控机床上进行加工试验。试验结果表明,该算法能够避免加工过程中机床回转轴的大幅波动,使机床轴运动更加平稳和光滑,从而提高曲面的加工质量和加工效率,具有一定的实际应用价值。     

基于后置处理五轴刀具半径补偿方法

为解决不具备五轴半径补偿功能数控系统端铣加工过程中刀具半径补偿问题,提出一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法。首先,研究五轴刀具半径补偿的基本原理,针对常用的三种类型端铣刀,如球头刀、平底刀和环形刀,分别推导出其刀具半径补偿方向和补偿后刀位点的矢量方程。其次,以摆头转台类五轴数控机床为例,建立前置刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程,结合补偿后刀位点的矢量方程,推导出补偿后的刀位数据与机床各轴运动数据之间的关系方程。然后,利用Visual C++6.0开发出一种带有刀具半径补偿功能的后置处理软件,该软件不仅可以直接生成半径补偿后的数控加工程序,而且可以生成带有半径补偿宏变量的数控加工程序。最后,以航空发动机叶片为例,利用VERICUT软件进行加工仿真,结果表明该方法的正确性和有效性。可见该方法能够方便实现不具备五轴半径补偿功能数控系统的五轴刀具半径补偿,避免刀具半径尺寸改变后必须返回CAM系统重新生成刀轨和再次进行后置处理的繁琐过程,从而缩短零件总加工时间和提高数控加工程序可重用性,具有较强的实际应用价值。     

涂层刀具微喷砂表面处理技术的进展

介绍了微喷砂表面处理技术进展及工作原理,分析了微喷砂处理对涂层刀具表面完整性、切削性能的影响。研究发现,微喷砂能够改善涂层刀具表面的粗糙度并提高涂层表面的残余压应力,进而提升刀具的切削性能并延长使用寿命。总结了微喷砂表面处理技术对涂层刀具表面的影响,并且对微喷砂表面处理技术进行了展望。研究结果为涂层刀具的表面处理和绿色智能制造提供了参考。