微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.     

钛合金正交切削过程数值模拟

为了研究刀具磨损、加工表面残余应力分布,优化高速切削参数,基于切削条件下材料屈服流动特性、刀具-切屑界面接触摩擦行为以及单元网格划分,建立切削加工过程的有限元仿真模型.通过此模型模拟了钛合金连续状和锯齿状切屑的形成过程.以观察实际切屑形态,验证了该模型的有效性.     

Ni—02喷焊材料切削刀具的选择与刀具磨损机理的研究

通过选用一批有代表性的典型刀具对喷焊镍基高温合金材料进行刀具耐用度切削对比试验,找出了各自的耐用度公式。并且还借助于扫描电镜和电子探针观察刀具磨损区、切屑底面和工件已加工表面,由微区形貌和微区成份分析得出其刀具主要为磨粒磨损的结论,这与通常高温镍基合金材料切削时的刀具磨损规律不同。     

钛合金不同微结构摩擦磨损试验研究

为了增强钛合金表面的耐磨性,采用激光加工技术在钛合金表面加工出不同间距的沟槽结构,并利用低速低载荷干摩擦方法,研究钛合金沟槽表面在不同对摩角度下的摩擦磨损性能,然后进行磨损前后形貌的观测,磨痕深度的测量及元素的分析,结果表明:沟槽表面与未织构化表面相比,沟槽表面减摩耐磨性能都有明显的提高,并且O元素和Fe元素都有所增加;沟槽间距为500μm的表面,在60°对摩角度下摩擦系数最小,然而在90°对摩角度下的耐磨效果最好.     

单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式. 进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等. 分析4.5 μm和10.0 μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用“切深递减”同时结合横向进给的工艺方法. 实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍. 与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度. 采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.     

刀具磨损过程中已加工表面质量变化的研究

金属切削加工过程中,刀具必然会发生磨损,但刀具的磨损规律多种多样,磨损的原因也各不相同。只有找出不同切削刀具、在不同切削条件下刀具磨损与已加工表面质量的变化规律,才能为金属切削加工提供指导依据．并进一步实现对金属切削加工过程的有效控制。为此,笔者进行了硬质舍金薄切削铝舍金的实验,以探究硬质舍金刀具磨损过程中已加工表面质量的变化规律,以及刀刃钝圆半径的变化与刀具磨损状态之间的联系。实验研究发现,刀具磨损过程中,已加工表面粗糙度、轮廓支承长度率与刀刃钝圆半径的变化规律相似。     

OoW冷却方式对涂层立铣刀具高速加工钛合金Ti-6Al-4V切削特性的影响

冷却方式在切削难加工材料的过程中扮演了一个非常重要的角色,例如加工钛合金.本文对一种称谓“OoW”的冷却方式在AlCrN/AlTiSiN涂层立铣刀加工钛合金Ti-6Al-4V过程中对刀具的切削特性的影响进行了研究.在不同水含量（1.5,3.0,4.5 L/h）润滑油含量（20,30,50 mL/h）和润滑剂类型（1000-20、2000-30合成酯、2000-10脂肪醇）的条件下,对刀具的磨损、切削力、切削温度、工件的表面粗糙度以及切屑形态进行了研究.实验结果表明,低水量（1.5L/h）能显著地提高刀具的切削特性.然而,润滑剂含量以及类型对刀具的切削特性影响不明显.同时,OoW冷却方式与干切、湿切、低温微量润滑3种润滑方式进行了对比.结果显示低含水量（1.5L/h） OoW冷却方式比其他3种冷却方式对刀具磨损最小、磨损率最低,同时工件的表面粗糙度也最小.这归因于OoW冷却方式融合了水的优良冷却特性和油的高润滑性.此外,冷却方式和冷却参数对切屑的形态有影响.     

PCBN刀具加工TC4钛合金的切削加工性

摘要：针对聚晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride, PCBN）刀具材料和钛合金Ti-6Al-4V（TC4）工件材料的特点,采用单因素试验法对切削力和已加工表面粗糙度进行研究;通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察和能量分散光谱（energy dispersive analysis system,EDS）扫描分析,对PCBN高速切削钛合金TC4时的刀具损坏形态和损坏机理进行研究;采用对角正交回归试验法,求得PCBN刀具切削钛合金时的刀具寿命经验公式,并分析切削用量对刀具寿命的影响. 研究表明：PCBN高速切削钛合金时,粘结磨损、扩散磨损和脆性磨损是其主要损坏机理,在高切削速度、低进给量、低切削深度下PCBN刀具加工钛合金时的切削加工性最好,因此PCBN适用于钛合金的精加工.     

表面微织构对关节轴承耐摩性能的影响

针对关节轴承在大载荷、贫润滑等极端工况下发生的磨损失效问题,采用Fluent仿真研究不同形状、直径和间距的微织构对流体力学的影响,借助激光加工法进行织构化处理以获得试验所需表面,采用UMT TriboLab摩擦磨损试验机对304不锈钢表面摩擦磨损性能进行分析.结果表明:圆形、三角形和矩形微织构最大压力值依次为89600...     

金刚石刀具切削非晶态聚合物已加工表面形貌研究

借助于切屑形成过程的动态观察研究，分析了金刚石刀具切削非晶态聚合物时的切屑形成形式和相应的切削力比值变化规律。在此基础上提出了相应的已加工表面形成模型，并用ＳＭＭ对已加工表面形貌进行了微观观察和表面平面特征分析，拟阐明金刚石刀具削非晶态聚合物的已加工表面形成。     

基于田口法的微织构PCBN刀具织构参数优化

利用有限元分析软件ABAQUS研究微织构PCBN刀具车削Cr12MoV的过程,采用田口法进行正交试验设计,通过信噪比分析方法研究刀?屑实际接触面积、切削力和切削温度随织构参数的变化规律,并获得织构参数的最优组合。结果表明,刀?屑实际接触面积分别随织构槽宽和织构刃边距的增大而减小,织构槽宽和织构刃边距对刀具的切削性能影响最显著;与无织构刀具对比,选取最优织构参数组合的微织构PCBN刀具可使切削力降低5.2%,切削温度降低4.7%。     

Development of an ultrahard nanotwinned cBN micro tool for cutting hardened steel

Binderless nanotwinned cubic boron nitride (nt-cBN) synthesized from onion-structured BN precursors under high pressure and high temperature shows a very fine microstructure consisting of densely lamellar nanotwins (average thickness of 4 nm) within nanograins. The unique nanotwinned microstructure offers high hardness, wear resistance, fracture toughness, and thermal stability which are essential for advanced cBN tool materials. Thus, a circular micro tool of nt-cBN was fabricated using femtosecond laser contour machining followed by focused ion beam precision milling. Thereafter turning tests were performed on hardened steel using the studied micro tool. To evaluate the cutting performance, the machined surface quality and subsurface damage of the hardened steel were characterized. The wear mechanism of the nt-cBN micro tool was also investigated. It is found that the fabricated nt-cBN micro tool can generate high quality surface with surface roughness less than 7 nm and nanograin subsurface of about 500 nm deep. In addition, abrasive wear is found to be the dominant wear mechanism of the nt-cBN micro tool in turning hardened steel. These results indicate that nt-cBN has outstanding potential for ultra-precision cutting hardened steel.     

微铣削Ti6Al4V刀具磨损机理研究

采用直径1mm带涂层硬质合金微铣刀在Ti6Al4V材料表面展开微铣削刀具磨损试验,研究三个主要切削参数即主轴转速、每齿进给量、切削深度对切削力及刀具磨损量的影响;试验利用扫描电子显微镜与能谱仪观察刀具磨损形貌,分析其化学元素的变化,研究微铣削刀具的磨损机理。结果表明:每齿进给量与切削深度的增大造成切削力、刀具磨损量均变大,为了减小微铣刀磨损,延长使用寿命,可提升主轴转速,选用较小的每齿进给量及切削深度进行加工。微铣削Ti6Al4V刀具磨损主要发生在刀尖部位,并且多种磨损形式同时出现,粘结磨损是造成刀具磨损的主要原因,低速条件下微铣削刀具的损伤机理以磨粒磨损和粘结磨损为主,切削速度增大后发生粘结磨损的同时微铣刀刀尖处有一定程度的氧化磨损。     

高效切削钛合金时刀具磨损试验分析

针对航空发动机典型零件钛合金膜盘在加工过程中刀具磨损严重、加工效率低的问题,采用未涂层硬质合金刀具进行钛合金外圆车削加工试验研究,利用CCD观测系统和SEM的能谱分析（EDX）研究刀具刃口微观结构变化,分析刀具的磨损形态及不同切削条件和锯齿屑对刀具磨损的影响. 结果表明：钛合金外圆车削加工时,刀具磨损主要为粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损,切削速度对刀具磨损影响较大,进给量次之,背吃刀量最小. 随着切削速度和进给量的增加,磨损加剧,锯齿屑的高频形成导致切削力的高频变化,这种高频率的冲击载荷在前刀面上产生应力和温度冲击,使刀具形成微裂纹,加速刀具磨损;使用冷却液可以减轻刀具后刀面粘结磨损和扩散磨损,从而可有效地控制刀具磨损.     

Experimental study of MWEDM technology

This work deals with an experimental investigation of the machining characteristics of Micro Wire Electrical Discharge Machining (MWEDM). The MWEDM process consists of only one cutting operation yawing with machining conditions. Experimental results show that the peak current and pulse duration have an obvious influence on surface roughness and machining time, and they also have an optimum value for the highest cutting speed. The servo reference voltage influences the surface roughness and machining time as well. In particular,the surface characteristics of work-pieces and a micro wire electrode were analyzed in detail too. Utilizing a micro wire electrode with diameter 30μm, MWEDM can machine a micro slot 38μm wide, which proves that the discharge gap can be controlled not more than 4μm. It can also machine micro gears respectively with a module 40μm, thickness lmm, and a module 100μm, thickness 3.5mm. All kinds of micro shaped holes and complex micro parts can be easily machined as well.     

一种基于FTS车削的微切削力模型

机械加工中的切削力模型建立对于研究工件表面形貌成型,探究切削理论有着深远的意义。在微切削加工领域,伺服车削通常用来加工自由曲面,但是考虑到尺寸效应,传统宏观领域的切削力模型无法真实地描述切削过程。针对微切削加工领域,提出了一种切削力模型,模型充分考虑了最小未成型切屑厚度,刀具切削刃钝圆以及工件对后刀面回弹引起的摩擦力。由于切削深度不同,所对应的切削原理也不同,将切削过程分为多个区域建模。当刀具切入工件后,随着切屑厚度的减小,切屑在前刀面分别经历宏观剪切、大负前角切削以及耕梨过程,而同时工件未切下的部分在后刀面的进一步作用下形成已加工表面,对应上述过程,将分为4个区域建模。最后,基于自主设计的能够精确测量两个方向切削力的快刀伺服装置(DFT-FTS)设计实验。     

ZrO_2陶瓷激光加热辅助切削加工技术

为了解决高强度、高脆性氧化锆(ZrO2)陶瓷材料加工困题的问题,对激光加热辅助切削(Laser-assisted machining,LAM)ZrO2陶瓷加工技术进行了研究。建立了热传递的三维模型,并采用ANSYS软件进行了温度场有限元仿真。搭建了切削试验系统并进行了加工试验。试验采用Nd:YAG激光器进行连续加热,红外线测温仪测量表面温度,压电式测力仪在线测量切削力,并对切屑形状、刀具磨损状态和加工质量做了研究。结果表明:相对传统切削加工技术,LAM加工技术能够有效地减小切削力,减缓刀具磨损和改善加工表面质量。