异种材料微尺度铣削力试验与对比分析

在传统切削研究中,工件材料通常是均匀和各向同性的,但当切削过程从宏观尺度变化到介、微观尺度时,微铣削加工中起主要作用的因素与宏观铣削加工相比有很大不同。因此,微细铣削的研究必须考虑工件材料的影响。本文从理论上对螺旋微立铣刀受到的铣削力机理进行了分析,采用试验方法对微铣削不同工件材料时的微铣削力进行对比研究。在微铣削加工中,切削力随着微刀刃切入角度的变化而变化,其中微切削力的计算采用平均力。试验考虑主轴转速n、进给速度Vf、轴向切深ap以及不同工件材料对微切削力的影响,工件材料选择铝合金5083-O和6082-T6、钛合金Ti6Al4V、45钢、不锈钢304、工具钢SKH-9。试验结果表明:微铣削加工过程中的微切削力受铣削参数和加工材料影响,其中硬度、塑性越大的材料,切削力越大,材料的导热率越小,其微切削力越小。     

CVD金刚石涂层刀具铣削高体分SiCp/Al复合材料特性研究

以65%高体分SiC颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料为试件材料,采用热丝化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)法制备的硬质合金常规(μm级)金刚石薄膜涂层立式键槽铣刀进行铣削试验,研究铣削力的变化规律、工件表面的微观形貌,以及刀具的磨损和刀具寿命,并与未涂层硬质合金铣刀进行对比,分析了该材料的铣削机理,评价了金刚石薄膜涂层铣刀的涂层效果。结果表明:在相同的切削用量条件下,金刚石涂层刀具比未涂层硬质合金刀具的各向铣削力降低20%~60%;加工初期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量较好,但在加工中后期,未涂层硬质合金刀具所获得的工件表面质量迅速恶化,而金刚石涂层刀具所加工工件的表面质量较为稳定,刀具寿命比未涂层硬质合金刀具提高了3~5倍,因此,常规金刚石薄膜涂层刀具较适合应用于高体分SiCp/Al复合材料的粗加工或半精加工。     

脆性材料微铣削理论及微铣削力模型研究

从脆性材料塑性域铣削机理和特点出发,建立了微径球头铣刀几何模型,改进了瞬时切厚模型,利用合理的切削力微元模型建立了脆性材料铣削瞬时的铣削力解析模型;以石英玻璃为工件材料,基于改进的实验平台进行球头铣刀微铣削试验,并获取了铣削力实验数据,回归出了所建模型中的切削力系数。利用试验对模型进行验证分析,结果表明所建模型具有良好的适用性。     

微铣削单晶高温合金切屑去除机理和实验研究

单晶高温合金零件在高温环境中应用广泛,微铣削过程中产生的不规则切屑严重影响工件的表面质量,属于典型的难加工材料.针对单晶镍基高温合金材料DD98,采用微小刃径铣刀对其进行高速铣削,并对铣削过程中的切屑形貌进行了分析,建立了切屑去除的理论模型.结果表明:去除切屑形貌为微观节状切屑,切屑表面呈锯齿状,微铣削单晶高温合金材料...     

高速铣削难加工材料切削力建模及预测研究

针对高速加工的特点和难加工材料的组成成分、力学性能,对高速铣削难加工材料（26NiCrMoV145）的切削力进行了研究。在球头铣刀刀刃线的几何模型的基础上,采用理论分析和系数的方法,建立了螺旋刃球头铣刀的铣削力模型。对不同切削条件下的铣削力进行了仿真预测,与实验数据相吻合,证明所建立模型的正确性。     

基于MATLAB的圆周铣削力仿真对铣刀参数的选择分析

针对圆周铣削加工中工件和机床的偏移使得铣削力对工件精度有较大影响的现状,通过对圆周动态铣削力模型理论进行研究,然后利用MATLAB函数通过改变参与加工的铣刀参数对圆周铣削力进行仿真分析,并通过对照仿真实验进行模型验证,研究结果表明在铣削过程中铣削力分布对工件已加工部分的尺寸精度有重要影响,通过对不同参数的仿真结果对比表明在生产加工前通过铣削力仿真可以选择出较为合理的铣刀加工参数从而减少机加工误差,提高加工效率。     

铣削方式对微小精密零件加工表面质量的影响

铣削加工是精密零件加工的重要手段之一,不同铣削加工方式对微小精密零件的表面质量有很大影响。本文通过研究铣刀单齿的运动轨迹模型,分别建立顺铣和逆铣时的粗糙度计算模型,以某微小精密零件实际加工参数为例,对顺逆铣的表面粗糙度进行对比分析;以AISI4340钢为工件材料,对某微小精密零件的顺逆铣进行仿真,研究两种铣削方式的铣削力和表面残余应力。     

凸曲面拼接模具球头铣刀的瞬时铣削力预测

在曲面模具拼接区域球头铣刀铣削过程中,刀具载荷变化大,瞬态铣削力有突变现象,影响模具拼接区域的加工精度和表面质量。为了预测拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力,首先,建立考虑冲击振动的球头铣刀三维次摆线轨迹方程,得到瞬时未变形切屑厚度模型;然后,基于铣削微元的思想,建立凸曲面双硬度拼接模具球头铣刀的瞬态铣削力模型,该模型能够综合考虑拼接区冲击振动、硬度变化、刀具工件切触角度变化对瞬态铣削力的影响;最后,进行凸曲面拼接区域球头铣刀铣削加工实验。实验结果表明,预报的瞬态铣削力和实验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值基本在15%以内,验证了该模型能有效地预报凸曲面模具拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力。     

端面铣刀参数对铣削平面平面度的影响

一般情况下,套式端面铣刀的选用是根据所铣平面的大小,是粗加工还是精加工以及加工材料等情况来选用的,但是,对于所铣削的平面不规则时,仍按以上情况来选择铣刀的参数,则加工出的工件的表面质量很难达到理想的效果。作者在对取力器壳 (340－ 4202010－ B)铣削顶面的质量攻关中,针对加工平面的特殊性,对铣刀的铣削过程进行了详细的分析,最后根据分析结果及上述铣刀的选用条件,选用具有合理的铣刀参数进行铣削加工后,加工出平面的平面度大大提高,取得了良好的效果,下面就结合取力器壳铣削顶面的质量攻关情况对铣刀的合理选用作…     

铣削减材工艺对激光熔覆增材Fe45合金表面质量的影响研究

针对激光熔覆增材再制造Fe45合金表面质量差,不能满足精密机械零部件的功能和装配要求,对激光熔覆层进行铣削减材加工。文章研究了铣削减材工艺对铣削力、表面粗糙度以及微观形貌的影响规律,采用正交试验方法进行了铣削减材试验。通过方差和极差分析方法,评价了主轴转速S、进给速度F、切削深度a_p对熔覆成型件铣削力和表面粗糙度的影响规律;从微观角度分析了铣削减材工艺对表面形貌和切屑的影响。结果表明,铣削减材工艺参数对成型表面质量影响较大,其中对铣削力影响最大的是铣削深度,对表面粗糙度影响最显著的是进给速度;Fe45激光增材成型件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由13.68μm最低可降至1.7μm,降低了87.6%。由实验可知,铣削减材工艺能够大幅提高激光熔覆增材再制造Fe45合金表面质量,对激光熔覆涂层机械加工具有指导意义。     

曲面铣削过程加工路径对切削力和磨损的影响研究

针对不同走刀路径下的复杂曲面加工过程进行球头铣刀铣削Cr12MoV加工复杂曲面研究,分析不同走刀路径下铣削力和刀具磨损的变化趋势。试验结果表明:通过对比分析直线铣削和曲面铣削过程中的最大未变形切屑厚度,可以得出单周期内曲面铣削的力大于直线铣削过程的力,铣削相同铣削层时环形走刀测得的切削力普遍大于往复走刀测得的切削力;以最小刀具磨损为优化目标,运用方差分析法分析得出不同走刀路径的影响刀具磨损的主次因素,同时利用残差分析方法建立球头铣刀加工复杂曲面刀具磨损预测模型,并通过试验进行验证。     

基于时域特性的铣刀磨损状态信息提取

在分析铣削加工过程特点的基础上，采用后刀面磨损带面积为铣刀磨损的评价指标，建立了基于切削力和主轴电机功率的铣刀磨损模型，探讨了基于时域特性的铣刀磨损状态信息提取的相关技术。理论分析和实验结果表明，切削力和主轴电机功率的量纲一系数Cv的变化与铣刀后刀面磨损带的磨损过程直接相关。采用切削力和主轴电机功率的量纲一系数Cv作为铣刀后刀面磨损带面积的监测信号能真实地反映其磨损过程。     

铣削力模型的频域特性研究

根据铣刀刀齿渐进磨损过程中切削力信号的变化特点 ,分析了切削力与刀齿后刀面磨损带面积 (AVB)间模型的频域统计特性 ,提取了反映刀具磨损状态的频域统计原始特征参数并进行了相关试验研究     

高效铣削淬硬钢凸曲面的铣刀性能测试方法

本文设计和加工了多硬度拼接凸曲面淬硬钢试件,以替代大型淬硬钢凸模,给出了铣削多硬度拼接凸曲面淬硬钢模具的刀具性能测试实验方案;利用该测试方案,检测出铣刀振动、磨损及加工表面形貌特征,并通过进一步增大每齿进给量测试刀具的使用寿命和安全可靠性,得到铣刀优选方法。结果表明,该方法可有效揭示和评价淬硬钢表面曲率和硬度多变对铣刀切削性能的影响,满足高效、安全稳定切削汽车内板淬硬钢凸模的要求。     

变密度微织构球头铣刀切削性能多目标优化

为深入研究微织构排列形式对微织构理刀具的抗磨减摩机理的影响,分别从理论、仿真及试验等方面对最优的微织构排布形式进行研究。首先,建立微织构在刀具前刀面的数学模型及仿真模型。其次,通过试验验证仿真结果的准确性。仿真及试验研究均发现,变密度微织构球头铣刀的铣削性能优于均匀分布密度的微织构球头铣刀。最后,运用模糊评价法优选最优的铣削性能的微织构球头铣刀,优化结果表明,两排织构间距先为200 μm,再为150 μm,最后为175 μm的微织构球头铣刀的铣削性能最好。该项研究使刀具具有良好的抗磨减磨性,提高加工效率及被加工工件的表面质量。     

Milling Force Model for Aviation Aluminum Alloy:Academic Insight and Perspective Analysis

Aluminum alloy is the main structural material of aircraft,launch vehicle,spaceship,and space station and is pro-cessed by milling.However,tool wear and vibration are the bottlenecks in the milling process of aviation aluminum alloy.The machining accuracy and surface quality of aluminum alloy milling depend on the cutting parameters,material mechanical properties,machine tools,and other parameters.In particular,milling force is the crucial factor to determine material removal and workpiece surface integrity.However,establishing the prediction model of milling force is important and difficult because milling force is the result of multiparameter coupling of process system.The research progress of cutting force model is reviewed from three modeling methods:empirical model,finite element simulation,and instantaneous milling force model.The problems of cutting force modeling are also determined.In view of these problems,the future work direction is proposed in the following four aspects:(1)high-speed milling is adopted for the thin-walled structure of large aviation with large cutting depth,which easily produces high residual stress.The residual stress should be analyzed under this particular condition.(2)Multiple factors(e.g.,eccentric swing milling parameters,lubrication conditions,tools,tool and workpiece deformation,and size effect)should be consid-ered comprehensively when modeling instantaneous milling forces,especially for micro milling and complex surface machining.(3)The database of milling force model,including the corresponding workpiece materials,working condi-tion,cutting tools(geometric figures and coatings),and other parameters,should be established.(4)The effect of chatter on the prediction accuracy of milling force cannot be ignored in thin-walled workpiece milling.(5)The cutting force of aviation aluminum alloy milling under the condition of minimum quantity lubrication(mql)and nanofluid mql should be predicted.     

车铣加工切削机理分析

车铣加工通过将车刀更换为铣刀,增加铣刀转动自由度,基于工件转动和铣刀转动的合成运动,完成对工件的加工.车铣加工具有断屑更容易、切削温度低、切削力小等优点,即使工件低速旋转,也能实现高速切削.对车铣加工的切削机理进行了分析,具体包括刀具磨损机理、切屑形成机理、工件表面质量、难加工材料切削等.     

铣削钛合金加工表面形貌特征参数的预测

钛合金在铣削过程中受迫振动明显,刀—工接触关系不断变化,加工表面形貌特征参数难以预测,已成为制约加工表面质量进一步提高的瓶颈。针对铣削振动与加工表面形貌的非线性随机变化特性进行了切削钛合金试验,采用高斯过程回归法构建铣削振动作用下的加工表面形貌高斯过程模型。分析刀齿误差和铣削振动对加工表面形貌特征参数的影响规律,为以加工表面质量分布一致性为前提的铣削钛合金工艺设计提供参考依据。     

氧化锆生物陶瓷铣削的刀具磨损

为了研究完全烧结氧化锆陶瓷铣削过程中金刚石刀具的磨损及其对切削过程的影响,进行了氧化锆铣削实验。分析了刀具磨损带的扩展过程以及切削力随刀具磨损过程的变化规律。通过观测切削表面微观形貌随刀具磨损过程的演变,对刀具磨损与切削模式之间的关系进行了探讨,最后揭示了刀具磨损机理。研究结果表明：铣削氧化锆陶瓷时刀具磨损随切削过程从刃口扩展到后刀面,同时切削模式从延脆混合去除转变为完全脆性去除,刀具磨损模式是崩刃、剥落及石墨化磨损。     

涂层硬质合金铣刀组织性能研究

针对3种涂层硬质合金铣刀铣削性能差异,通过表面轮廓仪、接触角测量仪,表征涂层的表面状态和基体的硬度,洛氏硬度压痕法和Zeiss超景深三维显微镜表征涂层与基体的结合强度,扫描电镜(SEM)、能量分散光谱法(EDS)分析涂层表面-界面形貌、化学元素分布,铣削420模具钢实验表征切削性能,研究涂层刀具组织差异对切削性能的影响,为涂层选用提供实际和理论依据。结果表明:涂层铣刀铣削性能不仅与涂层种类和结合力相关,还与铣刀基体材料有关。涂层铣刀涂层种类较好,涂层结合力优异,基体脆性小,切削性能优异;涂层刀具涂层种类优异,涂层结合力一般,基体脆性小,切削性能良好;涂层刀具涂层种类优异,涂层结合力良好,基体脆性大,切削性能一般。