冷却方式对车削45钢结果影响的有限元分析

为了研究不同的冷却方式对车削45钢的结果影响,利用专用的金属切削有限元分析软件AdvantEdge模拟二维车削加工过程。在仿真切屑的形成过程中,分析了常规冷却和高压冷却车削方式下对刀具的温度、应力以及形成的切屑大小的影响。仿真结果表明:采用高压冷却车削可以降低刀具切削刃的温度、等效应力和最大剪应力,不仅能够快速冷却,而且可以减少刀具的磨损;高压冷却车削还可使切屑易于折断,从而改善切屑的长度,有效的避免了加工过程中的缠屑现象。     

PCBN刀具高速切削钛合金TC4切屑形态研究

试验设计多组切削用量,采用正交试验方法,对不同切削用量参数下,PCBN刀具切削钛合金TC4的切屑形态进行研究,同时对PCBN刀具车削钛合金TC4进行二维有限元仿真,从理论上对锯齿化切屑形成原因进行分析。试验结果表明,PCBN刀具切削钛合金TC4产生的切屑存在锯齿状切屑、长条形带状切屑和弯曲旋状切屑;切削用量对切屑锯齿化存在较大的影响,表现为较小的切削用量条件下形成锯齿状切屑,随着切削用量参数变大,切屑呈现长条带状和弯曲旋状切屑;试验从周期性断裂理论和切削温度角度对切屑形态进行了分析讨论,并得到当PCBN刀具在高速下切削钛合金TC4材料时,形成的切屑并不均是锯齿状的结论。     

石墨烯纳米流体加工Ti-6Al-4V合金的黏着磨损、表面粗糙度和切削力

提出了一种基于石墨烯纳米颗粒分散在菜籽油中的切削液为加工区域提供润滑/冷却的新加工方式,确定了该纳米流体对刀具切屑粘附层的影响。与干切削相比,使用菜籽油+石墨烯加工后的刀面和前刀面的切屑粘附层厚度分别降低了38.8%和28.8%,切削力降低51.4%,工件表面粗糙度降低50.1%。石墨烯较高的导热系数可以降低切割区域的温度。此外,石墨烯可以渗透到刀具与工件之间的接触区域,有效地保护了刀具的涂层材料,减少了粘附在工件表面的切屑,并且填充了工件表面形成的凹坑,从而提升了表面质量。     

硬质合金刀具车削Ti6Al4V钛合金试验研究

文章采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti6Al4V钛合金进行了车削试验,通过对切削过程中刀具寿命、切削力、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具车削钛合金的切削性能,为钛合金车削试验提供了依据.     

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。     

日本钛协会获奖人员座谈会

钛及钛合金高温强度大、热导率低、化学活性高,车削加工时容易粘刀,是一种难车削加工的材料。从20世纪50年代起,美国和法国就开始对刀具的耐磨性、主切削位置的塑变特性、片状或环状切屑的形成、工件出现的振颤现象、刀具的快速磨损情况等进行了研究,发现高速切削时,可产生发热（刀尖处尤其明显）,刀边部形成磨顶槽或发生塑性变形,刀具磨损快;切削钛合金等硬质材料时,使用多晶金刚石和烧结立方NB刀具的切速可比使用普通WC刀具稍快。同时还研究了许多钛合金的切削性能,如纯钛,Ti-6Al-4V（Ti-64）,VT14,VT15,Ti-6Al-2Sn-4…     

超精密车削加工有限元仿真研究

为研究不同的切削加工参数对超精密车削加工的切削力、切削温度、切削应力等的影响,用有限元法对金刚石车削过程进行三维仿真,得到在不同切削参数下车削铝合金时的切削力、切削温度、切削应力的变化,以及切削区的微观应力的分布状态。仿真结果表明:刀具所受到的主切削力明显大于其余两个方向的力;当切屑和母体发生分离的时候,切削力会突然降低;工件上应力最大的部分是和前刀面相对的部分;切削温度较低,最高为30℃。根据仿真结果可对切削参数进行优化。     

SPH方法的单晶硅激光辅助切削仿真与试验

单晶硅加工过程中很容易产生细微裂纹,从而影响表面加工质量。激光辅助加工(laser-assisted machining, LAM)可以软化代加工区域,有效减小切削力,延长刀具寿命,提高表面加工质量。建立热力耦合的SPH模型,来模拟单晶硅激光辅助车削过程,在不同温度条件下,探究裂纹扩展损伤和切削应力以及转速和切深对表面粗糙度的影响,并通过LAM试验,验证仿真结果的准确性。结果表明：提高温度有利于单晶硅的塑性切削,随着切削域温度的增加刀具应力逐渐减小,300℃时的刀具应力较常温下降低了约50%,表面加工质量有明显提升;且600℃时的切屑为塑性流动锯齿线条,其塑性大幅度提高。切削时应选择较小的切削深度,低于4500 r/min的转速,单晶硅表面粗糙度S_a可在1.000 nm以下。     

不同刀具车削GH4169时的切削性能对比

为了选择合适的材料刀具,提高GH4169加工时的刀具寿命。分别使用PCD(聚晶金刚石)、CBN(立方氮化硼)、涂层硬质合金刀具车削GH4169,并从刀具磨损机理、切屑形态、表面加工质量三个方面进行了刀具切削性能研究。试验结果表明:CBN刀具磨损最严重,其磨损形式主要表现为前、后刀面的沟槽磨损,主切削刃的脆性断裂。PCD刀具磨损形式主要表现为微崩刃,涂层硬质合金刀具磨损形式主要表现为涂层脱落。三种刀具加工的切屑形态均为螺旋形,切屑外径大小为:PCD涂层硬质合金CBN。涂层硬质合金加工的表面粗糙度最小,PCD与CBN加工的表面粗糙度较大。因此涂层硬质合金的切削性能最好,PCD刀具次之,CBN刀具最差。     

单晶Cu纳米加工机理及其热效应的分子动力学模拟

基于大规模并行算法建立了单晶Cu纳米加工新型三维分子动力学仿真模型,采用Tersoff势、嵌入原子势(embeddedatom method,EAM)和Morse势分别描述刀具原子之间、工件原子之间和工件与刀具原子之间的相互作用.研究了纳米加工过程中系统的温度分布及其热效应的影响,从位错和温度的角度对切屑形成过程和纳米加工表面的形成机理进行了分析.模拟结果表明:位错的扩展方向和切屑的堆积方向均沿着与切削方向成45°方向(〈110〉晶向)运动;系统的温度分布呈同心形,切屑处温度最高,同时在金刚石刀具中存在较大的温度梯度;随着系统温度升高,工件材料具有热软化效应;切削速度和切削刃钝圆半径对系统的温度分布影响很大.     

–50 ℃冷风条件下抛光硬质合金刀片加工TC4钛合金的表面粗糙度分析

目的提高硬质合金刀片加工TC4钛合金的表面质量。方法利用化学机械抛光技术对传统磨削的硬质合金刀片分别进行粗抛、半精抛和精抛处理,运用正交试验法,在常温干切和–50℃冷风条件下,分别采用传统磨削的硬质合金刀片(磨削刀片)与化学机械抛光的硬质合金刀片(抛光刀片)进行切削TC4钛合金正交试验,利用方差分析法分析切削参数对已加工表面粗糙度Ra的影响。运用多元线性回归方法建立磨削刀片、抛光刀片在常温干切和–50℃冷风条件下切削TC4钛合金已加工表面粗糙度Ra的经验预测模型。结果硬质合金刀片前刀面通过粗抛、半精抛和精抛后,刀片前刀面的表面粗糙度Ra为19 nm。当切削参数相同时,磨削刀片在–50℃冷风条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度,比常温干切条件下平均降低了35.9%;抛光刀片在–50℃冷风条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度,比常温干切条件下平均降低了43.5%。在常温干切条件下,抛光刀片比磨削刀片切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度平均降低了19.2%;在–50℃冷风条件下,抛光刀片比磨削刀片切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度平均降低了28.7%。抛光刀片在–50℃冷风条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度Ra,比磨削刀片在常温干切条件下切削TC4钛合金的已加工表面粗糙度Ra平均降低了54.4%。结论采用对硬质合金刀片表面进行化学机械抛光技术和以–50℃冷风为切削介质的组合工艺,可有效降低TC4钛合金已加工表面粗糙度。     

切削速度对切屑形态和加工表面微观形貌的影响

为了研究钛合金车削过程中切削速度和切屑形态特征对已加工表面微观形貌的影响。采用硬质合金涂层刀具车削钛合金TC4,研究了切削速度对切屑形态特征、已加工表面粗糙度和轮廓最大高度的影响规律,分析了切屑底部毛边形貌、已加工表面形貌与表面粗糙度三者之间的关系。结果表明:在切削速度40~120m/min时,切屑底边出现锯齿形毛边,且随切削速度增大锯齿越明显。切屑底部锯齿毛边的形成是造成已加工表面波峰损伤形成的主要原因。影响已加工表面粗糙度的微观形貌特征包括硬质颗粒、粘结现象和波峰损伤。因此,为了获得高质量的加工表面,加工参数选择时必须规避硬质颗粒和严重的粘结现象,并控制切屑底部毛边形态特征。     

Experimental study on turning of TC9 titanium alloy with cold water mist jet cooling

Titanium alloys, as difficult-to-cut materials, have poor machinability due to their superior mechanical properties, heat resistance and corrosion resistance. High cutting temperature that will greatly accelerate tool wear often occurs in titanium alloy cutting process. In this paper, cold water mist jet (CWMJ) cooling method, an eco-friendly cooling method, was used to obtain a lower cutting temperature during TC9 titanium alloy turning process. The effects of CWMJ were mainly discussed as compared with cold air jet and flood cooling methods. A comprehensive evaluation on the cooling effects of CWMJ was carried out by hydrodynamic tests, heat transfer tests and turning tests, respectively. Experimental results indicated that CWMJ had better cooling effects as compared with other two cooling methods. Cutting temperature was greatly reduced, and tool life was improved with CWMJ during TC9 turning process. Machined surface quality and chip morphology were also acceptable.     

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。      

Use of nitrogen gas in high-speed milling of Ti-6Al-4V

To inhibit chips burning in the high-speed cutting of Ti-6Al-4V, nitrogen gas with 0.7 MPa pressure was ejected at the milling zone. The high speed flowing of nitrogen gas speeds up the chips leaving, and prevents the chips from burning at the same time. By this method the cutting force is reduced. Especially, the temperature increment of the finished surface is smaller than 5 ℃. This prevents the increase of hardness, improves the roughness of the finished surface, and reduces the tools wear. Comparing and analyzing the morphology and color of chips, which are obtained from the high-speed machining of Ti-6Al-4V with and without nitrogen gas ejection, show the action mechanism of nitrogen gas during the high-speed machining of titanium alloy, and it is concluded that nitrogen gas can be used to realize the proper high-speed milling of Ti-6Al-4V titanium alloy.     

Temperature of internally-cooled diamond-coated tools for dry-cutting titanium

The role of cutting fluids is well known for the importance of removing heat from the cutting edge, lubricating the sliding chip contact and transporting the metal chips away from the cutting zone. Dry machining leads to increased cutting temperatures and higher wear rates resulting in shorter tool life; this is particularly evident in the cutting of high strength materials. Diamond coated cutting inserts are not usually considered for machining titanium due to rapid oxidation of the coating at the temperatures typical of titanium machining. This paper examines the formation of hot-spots on the rake face during dry and near-dry turning of titanium using conventional cemented carbide inserts. Machining performance is assessed by measurement of tool wear and tool life. Trials with an internally cooled tool with a specially designed, diamond coated insert have shown that the heat from the cutting operation can be rapidly diffused over the entire surface of the insert and thus successfully drawn away from the tool via closed loop recirculation of coolant through the tool holder. This enables wear to be inhibited by management of rake face temperature to keep it below the critical temperatures at which these prominent wear mechanisms operate. Measurements of change in coolant temperature before and after circulation are used to quantify the heat removed from the cutting process. The low friction coefficient and high thermal conductivity of diamond, assisted by the indirect cooling, results in longer tool life whilst maintaining high standards of surface finish.     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究

目的 针对激光选区熔化钛合金开展超声振动辅助铣削性能和作用机理研究,提高增材制造钛合金表面加工质量、加工精度及加工效率,推动增材制造钛合金构件在高端装备业领域的广泛应用。方法 在传统铣削和超声振动辅助铣削下,采用聚晶金刚石刀具开展激光选区熔化钛合金铣削试验研究,分析不同条件下的表面硬度、切削力、表面形貌、表面粗糙度和切屑黏结的差异性。结果 激光选区熔化钛合金硬度单次测量及其平均值均高于传统钛合金。常规干铣削激光选区熔化钛合金时,切削力随着转速的增大而呈现下降趋势,随着进给速度和切削深度的增加表现出逐渐增大的趋势。在传统铣削下,传统钛合金表面形貌存在明显的刀具划痕,而超声振动铣削时,激光选区熔化钛合金表面形貌总体表现出更加的光滑和平整。激光选区熔化钛合金在常规铣削和超声辅助铣削过程中,刀具前后刀面都出现了严重的钛合金切屑黏结现象。结论 激光选区熔化钛合金常规干铣削时,增大转速或降低进给速度和切削深度能够降低切削力。在相同切削参数下,激光选区熔化钛合金超声铣削质量优于传统钛合金常规铣削表面质量。激光选区熔化钛合金表面质量改善的作用机理主要归因于激光选区熔化钛合金的金相组织特性及超声振动时断...     

外圆车削TC4钛合金颤振稳定性极限预测

外圆车削加工TC4钛合金过程中,再生型颤振会在工件表面留下不规则的振纹,严重影响了钛合金的表面加工质量。考虑外圆车削动力学参数的影响,建立了外圆车削TC4钛合金再生型颤振动力学模型。在KDN数控车床上进行动力学参数识别试验,将试验结果代入所建模型解析解中,利用MATLAB软件绘制外圆车削稳定性叶瓣图并得到外圆车削加工TC4钛合金的极限切削深度为0.553 2 mm。进行外圆车削试验,对试验结果进行时域分析以及粗糙度分析。试验结果表明:当切削深度小于0.553 2 mm时,无论转速取何值,车削都相对稳定;当切削深度大于0.553 2 mm,但与转速构成的点位于叶瓣图曲线下方时,其振幅平均值、粗糙度较小,与前者相差不大,车削稳定;当切削深度与转速构成的点位于叶瓣图曲线上方时,与叶瓣图曲线下方相同转速的点对比,其振幅平均值增大了1倍左右,粗糙度值增大了31%左右,车削不稳定。试验分析结果验证了所绘稳定性叶瓣图的可靠性,对实际加工具有一定的指导意义。