单晶铝微尺度铣削表面质量实验研究

为探究单晶铝微尺度铣削的表面质量,采用直径为0.4mm的微铣刀对单晶铝进行三因素五水平的微尺度铣削正交实验。首先,通过极差分析的方法得到:主轴转速对其表面质量的影响最大,进给速度的影响次之,铣削深度的影响最小;得到的最优工艺参数组合为:主轴转速为36000r/min,铣削深度为10μm,进给速度为80μm/s,此时单晶铝的表面质量最好。然后,分别得到主轴转速、铣削深度和进给速度对表面质量的影响规律,并对其原因进行了深入分析,为单晶铝材料的微尺度铣削加工提供理论依据。     

单晶材料微磨削表面粗糙度与磨削力实验研究

为了探究微磨削对单晶DD98表面粗糙度与磨削力的影响,采用磨粒为500#和磨头直径为0.9mm的磨棒对单晶DD98进行微磨削实验。首先,设计三因素四水平正交实验,通过极差分析得到磨削参数在一定范围内对表面粗糙度影响的主次顺序,其中磨削深度影响最大,主轴转速次之,进给速度最小;并获得最优工艺参数水平组合:主轴转速为60000r/min,磨削深度为6μm,进给速度为20μm/s。其次,对单因素实验进行微磨削实验,得到在一定范围内,得到表面粗糙度值和磨削力值都随主轴转速的增大、磨削深度的减小、进给速度的减小而减小,并对这种影响规律进行分析。为单晶DD98的微磨削提供了重要的理论基础。     

单晶Ni3Al基高温合金微铣削表面粗糙度试验研究

为研究单晶高温合金的微铣削表面粗糙度,采用直径为0.8mm的双刃硬质合金微铣刀,对典型的单晶Ni3Al基高温合金IC10进行微尺度铣削的三因素五水平正交试验研究。通过极差分析找出主轴转速、进给速度、进给深度对微铣削表面质量影响的主次因素。通过优化获得理想的切削工艺参数组合,所获表面粗糙度为801nm。对其切削机理和影响表面质量的原因进行深入的分析,其结果对单晶高温合金的微加工理论的机理揭示具有一定的指导意义。     

Vit1块体金属玻璃微铣削表面粗糙度试验研究

为研究金属玻璃的微铣削表面粗糙度,采用直径为0.5 mm的双刃硬质合金微铣刀,在Vit1块体金属玻璃表面加工微尺度沟槽结构;以试件表面粗糙度Ra值为衡量指标,利用三因素五水平正交试验方法分析主轴转速、进给速度和铣削深度对微铣削表面质量的影响。试验结果表明:主轴转速对表面质量影响最为显著,而进给速度影响较小。对影响表面质量及形貌的原因进行了深入分析,其结果对研究Vit1块体金属玻璃的微铣削加工机理具有一定的借鉴意义。     

单晶硅微铣削塑性去除表面质量实验研究

以脆性材料单晶硅为研究对象,采用微铣削工艺技术,探讨单晶硅在雾性冷却条件下的塑性去除机理,研究不同切削工艺参数对单晶硅表面质量的影响,通过正交实验的方差分析得出,影响表面质量的主次因素依次为进给速度、铣削深度、主轴转速,获得的优化工艺参数即主轴转速为48 000 r/min,铣削深度为5μm,进给速度为20μm/s时,表面粗糙度最小,即表面质量最好。研究结果为脆性材料的塑性去除机理提供一定的理论参考和实验依据。     

钨合金(95WNiCu)铣削参数对铣削力的影响

为研究铣削参数对钨合金工件铣削力的影响规律,设计了单因素实验与正交实验对钨合金进行铣削加工,通过实验数据对铣削力展开影响因素分析以及直观分析,并建立钨合金的铣削力公式.实验结果表明:①铣削力随着主轴转速的增加先增加后减小在增加,随着进给速度和切削深度的增加逐渐增加;②X、Y向铣削参数影响程度主次顺序为切削深度、进给速度、主轴转速;Z向铣削参数影响程度主次顺序为进给速度、切削深度、主轴转速;铣削钨合金对参数的选择应为高转速,小进给速度和小切削深度的加工方式.     

0Cr18Ni9不锈钢焊缝高速铣削表面粗糙度试验研究

采用正交试验方法进行0Cr18Ni9不锈钢焊缝高速铣削试验,分析铣削参数对表面粗糙度的影响规律,并建立表面粗糙度的经验预测模型。结果表明:随着主轴转速的增大,表面粗糙度值减小,而随着进给速度、切削深度的增大,表面粗糙度值增大,进给速度对表面粗糙度的影响较为明显;较高的主轴转速和较低的进给速度的交互作用有利于减小表面粗糙度值,提高表面质量。     

高速微铣削铝合金表面粗糙度的多指标正交试验研究

利用小型高速精密微铣削机床在6061铝合金表面加工微沟槽结构,对加工后的试件表面质量进行研究,以试件表面粗糙度Ra、Rz值为衡量指标,利用正交试验方法分析主轴转速、刀具悬伸量、进给量和轴向切深等因素对表面质量的影响。试验结果表明：试件表面粗糙度值整体变化趋势从大到小依次为中线区、顺铣区、逆铣区。主轴转速对表面粗糙度影响最显著,而其他因素随着表面质量要求的不同有所变化。综合考虑表面质量要求,最优组合为:刀具悬伸量为18mm,轴向切深为10μm,进给量为30mm/min,主轴转速为48 000r/min时,试件表面粗糙度最小,此时表面粗糙度Ra值为0.075μm,表面粗糙度Rz值为0.579μm。     

石英玻璃旋转超声铣削表面质量研究

探索了高频旋转超声铣削石英玻璃的工艺规律与材料去除机理,检测分析了加工表面粗糙度与表面形貌,借助Matlab平台建模仿真了进给速度和主轴转速对磨粒运动轨迹的影响规律,研究了进给速度、主轴转速、切削宽度以及切削深度对加工表面质量的影响规律与机理。进给速度增大会导致刀具上的单颗金刚石磨粒的切削速度增大,参与切削的摆线平面投影运动轨迹变长,使表面粗糙度随进给速度增加先增大后减小;表面粗糙度值随主轴转速的增大总体上呈现出先减小后增大的趋势,主轴转速为3 000 r/min时铣削表面粗糙度最小;表面粗糙度值随切削宽度增大先增大后减小,切削宽度直接决定相邻刀具路径对应加工区域重叠范围,进而产生不同的磨粒划刻加工叠加效果;随切削深度增大,表面粗糙度值呈现出先增大后减小再增大的趋势,铣削过程中超声振动与切削深度配合产生的近成形表面材料去除模式对表面质量具有关键性作用。研究工作可为石英玻璃旋转超声铣削加工提供一定的工艺基础。     

基于ABAQUS的骨铣削残余应力分析

在骨科手术中,已加工骨表面的残余应力会影响骨裂纹生长以及骨表面质量。为研究铣削参数对骨材料已加工表面残余应力的影响,通过ABAQUS软件对球头铣刀铣削皮质骨进行有限元仿真,并验证了模型的正确性,设计了主轴转速、进给速度和铣削深度对残余应力的单因素试验。研究结果表明：表面残余应力与进给速度呈负相关,与铣削深度呈正相关;残余应力随主轴转速的增加呈先上升后下降的趋势,转速2000r/min为转折点。合理的铣削参数可以控制皮质骨已加工表面残余应力,从而提高骨科手术质量。     

Experimental study of micro-milling mechanism and surface quality of a nickel-based single crystal superalloy

Micro-milling is widely used as a method for machining of micro-parts with high precision and efficiency. Taking the nickel-based single-crystal superalloy DD98 as the research object, the crystal characteristics of single-crystal materials were analysed, and the removal mechanism of single-crystal micro-milled parts was described. Based on molecular dynamics, a simulation model for nickel-based single-crystal superalloy DD98 micro-milling was established. Based on the response surface method of central composite design, the influences of spindle speed, feed rate, and milling depth on the surface roughness were examined, and a second-order regression model of the DD98 surface roughness was established. Using analysis of variance and the residuals of the model, a significant influence on surface roughness was found in the following order from large to small: Feed rate, spindle speed, and milling depth. Comparisons were conducted between the micro-milling experimental values and the predicted model values for different process parameters. The results show that the model fit is relatively high, and the adaptability is good. Scanning electron microscopy analysis of the micro-milling surfaces was performed to verify the slip and the removal mechanism of single-crystal materials. These results offer a theoretical reference and experimental basis for micro-milling of single-crystal materials.     

超低温微铣削芳纶纤维复合材料表面质量

在常温与液氮超低温环境下对芳纶纤维增强复合材料进行微铣削对比加工试验，获取不同参数环境下的加工表面质量和铣削力数据。结果表明：超低温铣削加工环境能够对加工材料进行改性，降低强度、韧性等属性，使其易于切削，减少抽丝拉毛缺陷的产生，纤维断屑彻底，有助于获得更加优异的表面形貌。超低温环境充分抑制了烧蚀缺陷的产生，提高了加工表面质量，铣削表面粗糙度可达到2 μm以下。与常温环境相比，超低温加工环境具有以下优势：在较高的进给速度下仍能保持良好的铣削表面质量，可以在保证加工质量的同时，一定程度上提高加工效率；铣削力减小明显，刀具表面磨损较小；改善了芳纶纤维复合材料的铣削加工性能，提高了铣削加工表面质量。     

金刚石涂层微铣刀的铣削加工试验

为了掌握金刚石涂层对其铣削性能的影响,针对直径为50 μm级的硬质合金微铣刀,进行了金刚石涂层与未涂层硬质合金微铣刀具微槽铣削试验。通过使用线电极电火花磨削技术制备出直径为50 μm级的D形微铣刀,采用金刚石涂层和未涂层刀具在纯铜工件上开展微槽铣削工艺试验;使用白光干涉仪、超景深显微镜等仪器来观测微槽表面形貌、粗糙度等随铣削距离变化的规律,分析金刚石涂层对硬质合金微铣刀铣削加工质量的影响。结果表明：采用金刚石涂层刀具加工的微槽具有较少的毛刺,表面粗糙度值约为未涂层刀具铣削的粗糙度值的1/2,并且能够在一定距离内保持稳定的槽宽、粗糙度值和侧面形貌。     

微细铣削切削力正交实验研究

在自行研制的三轴联动微细铣床上,选取典型微三维零件特征进行铣槽和侧铣两种工况正交铣削实验,对微细切削力进行测量和分析。深入研究了主轴转速、轴向切深、每齿进给量等工艺参数对微细切削力的影响规律,以优化加工参数,提高微铣削的加工效率和加工精度。     

具有晶体学各向异性特征的DD5镍基单晶高温合金铣削力建模

为了探究具有晶体学各向异性的DD5镍基单晶高温合金铣削力特征,基于分子动力学仿真、派纳力计算表达式、定向切割方法及槽铣实验,通过对单晶合金铣削变形机理的初步探索,对沿刀具进给方向的铣削力进行了定性建模,并对在(001)晶面上沿不同晶向方向进给铣削槽底表面质量进行了评价。研究结果表明,加工过程中切屑的形成是刀具对滑移面上层错的破坏和切屑原子沿滑移面攀升两种行为的综合,由于刀具前方大体积层错结构的破坏,加工进入稳定阶段。基于滑移系和有效分切应力理论,发现在(001)晶面上沿各晶向进给的铣削力均在18~27 N低水平区间内波动,铣削力、表面粗糙度、进刀轨迹间距和微观峰谷高度差均从［110］晶向向［470］、［100］和［740］、［010］两个晶向方向递增,因此,在DD5镍基单晶高温合金铣削加工过程中,沿［110］晶向的铣削加工可表现出最佳的铣削性能。     

Chatter suppression in micro-milling using shank-mounted Two-DOF tuned mass damper

The tuned mass damper (TMD) has been used in machining processes for reducing forced vibration, suppressing chatter, and improving machined surface quality. In micro-milling process, the tiny size of the cutting tool-tip and the high rotating speed bring challenges in implementing the TMD. Besides, the TMD needs to have two degrees-of-freedom (DOFs) for reducing vibrations of micro-mill in two orthogonal directions. This paper presents the chatter suppression for micro-milling by attaching a two-DOF TMD to the tool shank and rotates with the cutting tool. The frequency response function (FRF) at the tip of the micro-mill clamped by an aerostatic spindle is predicted using receptance coupling analysis. A two-DOF TMD is designed via graphical approach based on the FRF result at the tool-tip. The natural frequencies and damping ratio of the TMD are optimized under different spindle speeds in order to enhance the cutting stability. The chatter stability of micro-milling is predicted considering the gyroscopic and centrifugal effects of the TMD structure. Modal tests and micro-milling experiments are conducted to validate the effect of the TMD on chatter stability. The results show that the TMD is able to improve the critical depth of cut by 13 folds, and satisfy the compact design requirement for micro-milling.     

金刚石磨头刀具磨铣加工对高体份SiCp/Al复合材料加工表面质量的影响

针对高体份SiCp／Al复合材料,采用佥刚石磨头刀具磨铣切削的加工方法,研究了高速磨铣加工中机床主轴转速、工件进给速度及背吃刀量对材料加工表面形貌损伤以及表面粗糙度的影响规律。研究表明,机床主轴转速的提高、工件进给速度的减小都能够减小材料表面形貌的损伤情况,改善加工表面粗糙度质量：背吃刀量的改变对材料表面形貌损伤以及表面粗糙度的影响不大。