钛合金切削表面残余应力影响因素及参数优化

钛合金切削过程具有温度高、摩擦力大、刀具严重磨损等缺点。为了减少钛合金表面出现微小裂纹,基于国内外研究现状,以Ti6Al4V切削表面残余应力为研究对象,建立了钛合金切削有限元模型。讨论了切削速度、切削深度、每齿进给量、不同切削用量对切削表面残余应力的影响。建立了切削表面残余应力回归模型,并采用混合遗传退火算法对切削参数进行优化,得到了最优切削参数组合。研究表明:切削速度增加,钛合金表面残余应力增加;切削深度对残余应力的影响较小;残余应力随着每齿进给量增加而减小。     

纵向旋转切削加工对环形零件畸变的影响

通过旋转试验和有限元分析介绍了工件在切削加工过程中产生的畸变情况，分析了工件的装夹方式、切削速度、切削深度和进刀量对100Cr6钢环圆度的影响。通过去应力退火释放冷加工诱发的残余应力后工件的圆度与切削参数有关。另外测试了被试验环的表面残余应力，其表面残余应力与装夹方式有关。将测量的装夹力作为计算参数输入，通过有限元分析方法测试了装夹方式对工件变形的影响。协同测量结果示出了装夹方式影响工件变形的一个主要因素，表面残余应力与工件的径向变形有关，最大的拉伸应力位于夹口位置。旋转切削试验结果表明，提高切削速度圆度会稍有增加；随着切削深度的加大，圆度呈下降趋势，尽管切削力增加了；进给量的增加会导致更高的切削力，因此圆度值也增加；常规的去应力退火可使被加工环的圆度值增加。     

基于Deform-3D的65Mn硬态切削加工仿真研究

以淬硬钢65Mn为原料,采用有限元分析软件Deform?3D构建了硬态切削加工模型。模拟了不同切削速度下淬硬钢65Mn的车削加工过程,对车削加工的切削力、温度随切削速度的提高的变化以及工件表面应力变化的仿真结果给出了分析,为实现工艺参数的优化提供了指导。结果表明：硬态切削加工3个切削力中径向力Fy 最大,第二变形区的切削温度较高,硬态切削加工过程中工件表面应力呈现拉压交替变换且最终表现为压应力。     

切削参数对加工表面完整性的影响

应用数值模拟,分析了切削速度、进给量和切深对表面应力、切削温度、切削力的分布以及变化规律的影响,对研究加工表面完整性、提高加工表面质量具有一定的参考应用价值。     

复合排齿圈车削模型的有限元仿真

基于Deform3D软件平台,针对薄壁件复合排大齿圈建立三维有限元模型,并模拟了不同工艺参数下的车削加工过程,得到了切削过程中的切削力分布场和温度场。通过分析不同切削参数下切削力和切削热的变化规律,得出切削深度和进给量对切削力影响较大,而切削速度对切削热的影响大于切削深度和进给量。该研究结果为进一步优化工艺参数和加工变形控制提供了依据。     

7075-T6铝合金干式切削表面完整性研究

为了避免切削液对高强铝合金耐蚀性产生影响,针对7075-T6航空铝合金在绝对干式条件下进行正交切削实验,建立了表面粗糙度、残余应力以及显微硬化的经验公式,分析了切削参数对表面完整性的影响规律。结果表明:切削三要素对表面粗糙度的影响占主导地位,且进给量是影响其大小的主要因素,其次是背吃刀量,然后是切削速度;干切削状态下,切削速度的提高导致产生较大的拉应力;进给量减小造成硬化现象严重;切削速度提高,且在较大切深情况下,最大硬化层深明显提高。     

切削速度与进给量对UVC硬态切削加工的影响

阐述了超声振动切削(Ultrasonic Vibration Cutting,UVC)的加工机制,并通过理论计算研究了切削速度对加工过程的影响,同时对Incone1718硬态合金进行UVC加工和传统车削法加工(Conventional Turning Method,CT),研究了切削速度与进给量对刀具切削性能的影响.实验结果表明:在进行低速硬态切削时,UVC在切削表面质量和刀具寿命方面均优于CT;同时切削速度和进给量对切削力和刀具磨损都有显著影响,与理论研究结果相符.     

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

PCBN刀具高速铣削TC4钛合金切削性能与工艺参数优化研究

针对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的加工特性,采用PCBN刀具,基于单因素试验,研究高速铣削条件下工艺参数对切削力、切削振动等的影响规律,提出综合考虑切削力、切削振动、表面粗糙度的工艺参数优选方法。研究表明:切削力和切削振动随切削速度v和每齿进给量f_z的增大呈现一定的波动,随径向切深a_e和轴向切深a_p的增大而增大,切削振动受切削力影响较为显著。考虑切削性能,以材料切除率为优化目标,以切削力、切削振动和表面粗糙度等为约束条件,建立工艺参数优选模型,可得到不同约束条件下工艺参数的优选组合。     

精密成形铣齿切削参数优化研究

大模数齿轮精密成形铣齿具有多切削刃、非自由、断续重切削的特点,其加工过程中切削参数的变化对加工效益影响较大。为了提高综合加工效益,需综合考虑加工成本、残余高度以及刀具耐用度。分析成形铣齿加工过程及原理,建立了各待优化目标数学模型,提出以多目标遗传算法建立刀具耐用度、加工成本及加工残余高度的多目标优化模型,得到了以切削速度、每齿进给量为决策变量的多种工艺参数组合。优化结果与实际加工参数范围吻合,提出了切合实际加工条件的切削工艺参数范围,为下一步刀具磨损状态监测研究提供了理论依据。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

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。     

硬质合金刀具干式切削淬硬钢的表面完整性研究

在数控车床上进行了干式硬态切削淬硬钢，研究了切削条件对已加工表面完整性的影响？研究表明：切削过程中0和切削热对已加工表面形貌起着至关重要的影响作用；硬化层沿整个已加工表面均匀地分布，使硬度得到提高；在一定的切削条件下可以增加表面所形成的残余压应力。研究结论有助于推进硬态干式切削，有利于提高已加工表面的完整性。     

Investigations of White Layer Formation During Machining of Powder Metallurgical Ni-Based ME 16 Superalloy

Surface integrity of machined parts made from the advanced Ni-based superalloys is important for modern manufacturing in the aerospace industry. Metallographic observations of the ME 16 alloy microstructure were made using optical metallography and a high-resolution scanning electron microscope with energy dispersive x-ray spectrometer (HR SEM/EDS). Tool life of cemented carbide inserts with TiAlN coating during machining (finishing turning operation) of ME 16 superalloy has been studied and wear patterns of the cutting tools were identified. Surface integrity of the machined part after completion of the turning operation was investigated. The morphology of machined parts has been examined and cross-sections of the machined surfaces have been analyzed. The formation of white layer on the surface of the machined part was studied for varied machining conditions. It was found that a 2-4 μm thick white layer forms during turning of the ME 16 superalloy. This layer was investigated using EDS and XRD. The studies show that the white layer is an oxygen-containing layer with a high amount of aluminum, enriched by chromium and tungsten. Under specific cutting conditions, the structure of white layer transforms into a γ-alumina. Formation of this thermal barrier ceramic white layer on the surface of the machined part negatively affects its surface integrity and cutting tool life.     

–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。     

新型Ta-C涂层铣刀切削性能研究

目的研究Ta-C涂层刀具与普通类金刚石涂层刀具切削2A50铝合金时的性能对比。方法通过实验比较两刃、四刃Ta-C涂层铣刀和两刃、四刃普通类金刚石涂层铣刀,在干式切削条件下切削2A50铝合金的性能。通过相同切削条件下刀具切削距离的长短,比较刀具的使用寿命,并在显微镜下观察切屑的表面形貌,用表面粗糙度仪检测铝合金表面的粗糙度。结果两刃Ta-C涂层铣刀干式切削铝合金时的使用寿命最长,切削距离为116 m。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀加工工件的表面粗糙度总体呈上升趋势,两刃Ta-C涂层铣刀加工出来的工件表面质量较好,工件表面粗糙度均值为0.692μm。结论相同刀刃数量且结合力良好的涂层铣刀相比较,Ta-C涂层铣刀较普通类金刚石涂层铣刀加工出来的工件表面粗糙度平均值低,同种涂层加工得到的切屑表面微观形貌无明显差别。Ta-C涂层铣刀与普通类金刚石涂层铣刀切削铝合金时,抑制粘刀效果都十分明显,但Ta-C涂层铣刀效果更优。     

钛合金高速切削切屑形成机理的有限元分析

钛合金在切削加工时容易产生锯齿状切屑，周期性的锯齿状切屑会引起切削力高频波动，从而影响加工表面质量和刀具寿命。然而其切屑形成的机理尚无统一的结论。本研究采用刚塑性有限元模型以及正交化Cockroft—Latham断裂准则，对钛合金Ti6A14V高速正交切削进行了仿真。仿真结果显示，周期性断裂理论能很好地解释钛合金锯齿状切屑形成的机理，主剪切变形区应力状态的变化是裂纹萌生与扩展的主要原因。研究结论与相关试验切屑显微照片特征相吻合，可以为实现钛合金高速切削提供理论依据和技术支持。     

钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响

钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。     

车削和铣削加工表面塑性变形对TC4试件疲劳性能的影响

目的 探究车削和铣削加工表面塑性变形层中纤维组织方向对钛合金TC4试件抗疲劳性能的影响规律和机理,完善表面完整性研究体系,为实际航空结构件的抗疲劳制造提供参考。方法 基于钛合金TC4进行车削和铣削加工的表面完整性试验和试件疲劳性能测试试验,通过合理地选用加工参数以控制试件的表面完整性指标,从而更加直观地分析塑性变形层中纤维组织方向与试件疲劳寿命之间的关系。结果 实验中车削疲劳试件的表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力3个指标均优于铣削试件,两者的表面形貌也十分类似,但后者的抗疲劳性能达到前者的12~48倍,塑性变形层中纤维组织方向的不同是铣削试件抗疲劳性能远大于车削试件的主要因素。结论 不同加工方式形成的加工表面机制不同,表层纤维组织的塑性变形方向和变形程度也存在较大差异。车削疲劳试件的纤维组织沿试件的周向,铣削疲劳试件的纤维组织沿试件的轴向,在承受轴向的交变载荷时,沿着轴向的纤维组织可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,大幅提升钛合金TC4试件的抗疲劳性能。     

基于二维超声振动辅助的钛合金切削加工分析与试验研究

针对普通切削时钛合金表面质量较差的问题,将二维超声辅助切削用于钛合金的加工过程。对钛合金的超声振动切削理论进行分析,找出影响刀具运动轨迹及切削力的因素;设计基于二维超声振动的钛合金表面切削试验,研究超声振动对切削力、工件表面形貌以及刀具寿命的影响。结果表明:与普通切削相比,二维超声振动辅助切削可以有效降低加工中的切削力,减轻加工过程对刀具的冲击,提高刀具的耐用度;且在相同加工条件下,二维超声振动加工时的切削力下降了47.7%,工件表面轮廓平均高度减小了40.9%,刀具的使用寿命提高了近1倍。