Ti6Al4V的超声振动铣削加工三维有限元仿真

应用有限元技术对超声振动铣削机理及工艺参数进行研究具有诸多优势。该文对振动切削仿真的关键理论进行分析,建立了进给方向超声振动铣削加工的三维模型,模拟振动铣削的脉冲式切削过程,并对比了有无超声振动铣削的切屑形态。根据切削区温度云图,分析振动铣削时温度明显降低的原因,仿真得到了有无超声振动时铣削Ti6Al4V的切削力曲线。结果表明,振动铣削时,切削力为脉冲式,且峰值小于传统铣削力峰值。进行了超声振动铣削试验,对比切削力模拟值与试验值,验证了有限元模型的正确性。该模型可用于优化超声振动铣削工艺参数。     

超声振动辅助铣削加工实验研究

通过实验研究了超声振动辅助铣削加工参数和振动参数对切削力与表面粗糙度的影响。在工件上施加沿进给方向的高频率、小振幅的超声振动。通过切削轨迹研究了超声振动切削的瞬时切削厚度,进而分析了切削力。以主轴转速、每齿进给量和振幅为参数,设计了一系列超声振动辅助铣削加工实验,并利用方差分析方法研究了各参数对切削力影响的显著性。研究结果表明:与未施加超声振动相比,施加超声振动后的切削力明显降低;超声振动铣削加工时对切削力的影响程度由大到小依次为振幅、主轴转速、每齿进给量;在特定的参数下,表面粗糙度也有所改善;表面形貌在同一振幅、不同进给量下存在明显差异。     

超声振动辅助铣削金属玻璃的试验研究

金属玻璃具有优良的力学、物理和化学性能而广泛的应用于航空航天和医疗等高端领域,但其高硬度、低弹性模量等特性导致该材料的切削加工难度较大。为此通过超声振动辅助加工方法对Vit1块金属玻璃进行铣削试验,用三因素四水平正交实验方法对切削力、表面粗糙度和刀具磨进行研究。试验结果表明,相比普通铣削方法超声振动铣削进给方向铣削力平均降幅为23%,轴向抗力降低平均为31%;表面粗糙度平均降幅约15%;刀具磨损显著下降。试验证明超声振动加工能有效地解决金属玻璃的切削加工难题,同时试验也为非晶态合金的加工机理研究提供一定的借鉴。     

旋转超声振动铣削Cr12MoV轴向切削力与表面粗糙度研究

为研究切削参数对切削效果的影响,将旋转超声振动铣削引入Cr12MoV模具钢铣削过程中;通过正交试验设计开展切削试验,从轴向平均切削力和表面粗糙度两方面研究了旋转超声振动铣削参数选择对Cr12MoV模具钢加工的影响.结果表明:在旋转超声振动辅助铣削Cr12MoV模具钢的过程中,主轴转速和切削深度对轴向平均切削力和表面粗糙...     

切削刃数量对球墨铸铁铣削性能及表面形貌特征的影响

目的 提高球墨铸铁铣削表面质量和刀具寿命。方法 通过刀具轨迹计算和切削试验,研究球墨铸铁平面铣削过程中切削刃数量对切削性能、刀具磨损和表面形貌特征的影响,并用分形维数和表面粗糙度共同表征表面形貌。结果 刀具轨迹分析表明,由于铣削过程中,刀具切削方向和进给方向间的夹角不断变化,铣削表面不同位置和方向的表面形貌存在差异,进而导致表面粗糙度存在较明显的差异。通过铣削试验研究切削刃数量对铣削表面不同位置和方向的几何特征的影响规律发现,随着切削刃数量的成倍增加,切削力显著增加,同时刀具磨损量降低了36.5%,表面粗糙度值降低了39.2%,表面轮廓分形维数值增加了4.8%。结论 增加切削刃数量可以使每齿切削力和刀具磨损均显著减小,刀具寿命显著增加,同时表面粗糙度减小,分形维数增大,即切削刃数量的增加使表面质量更好,表面轮廓结构更复杂。     

切削用量对切削力和切削振动的影响

为探究车削时切削用量对切削力和切削振动的影响,设定半精加工的切削用量范围,采用正交试验设计方法制定试验流程,在数控机床上使用硬质合金外圆车刀对45#圆钢进行切削试验,切削过程不加冷却液,并分别使用Kistler切削力测量系统和Vib Pilot M+P切削振动测量系统同时采集3个方向的切削力信号和切削振动信号,对试验数据使用方差分析(ANOVA)、贡献率计算和相关分析的方法进行处理。结果表明:背吃刀量对主切削力和进给力的影响最大,进给量对背向力和3个方向切削振动的影响最大,而切削速度对各方向切削力和切削振动的影响都最小;切削力信号的误差要远小于切削振动信号的误差。试验分析结果可以为合理设计切削用量参数,有效选择切削状态监控信号提供参考。     

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。     

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...     

高速铣削系统动态分析及切削力测定

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系.由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象.为此,对铣削系统进行了动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量.试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视.     

钛合金超声椭圆振动铣削残余应力有限元仿真

为了分析在超声椭圆振动铣削加工中振动参数和切削参数对TC4工件残余应力的影响,运用ABAQUS有限元软件模拟了钛合金超声椭圆振动铣削加工过程。采用单因素试验法和正交试验法,研究进给方向上振动参数和切削参数对工件残余应力的影响,并用极差法分析实验数据得到其优化参数组合。研究表明,在钛合金超声椭圆振动铣削加工中,对工件的残余应力影响因素从小到大依次为:切削速度,幅值,振动频率,每齿进给速度;在一定的研究范围内,振动频率和振幅的增大,刀具和工件接触时间更短,切削热更易消散,导致残余应力减小;切削速度和进给速度的增大,加剧了刀具和工件之间的摩擦,产生更多的切削热,导致残余应力增大。     

Cutting force prediction in ball end milling of sculptured surface with Z-level contouring tool path

This paper presents an approach to predict cutting force in 3-axis ball end milling of sculptured surface with Z-level contouring tool path. The variable feed turning angle is proposed to denote the angular position of feed direction within tool axis perpendicular plane. In order to precisely describe the variation of feed turning angle and cutter engagement, the whole process of sculptured surface milling is discretized at intervals of feed per tooth along tool path. Each segmented process is considered as a small steady-state cutting. For each segmented cutting, the feed turning angle is determined according to the position of its start/end points, and the cutter engagement is obtained using a new efficient Z-map method. Both the chip thickness model and cutting force model for steady-state machining are improved for involving the effect of varying feed turning angle and cutter engagement in sculptured surface machining. In validation experiment, a practical 3-axis ball end milling of sculptured surface with Z-level contouring tool path is operated. Comparisons of the predicted cutting forces and the measurements show the reliability of the proposed approach.     

微细铣削铝合金6061表面毛刺研究

目的揭示微细铣削铝合金6061过程中,铣削工艺参数(切削深度a_p、每齿进给量f_z、切削速度v)、顺逆铣方式、刀具磨损对毛刺大小及形态的影响规律,为控制铝合金6061毛刺,提高表面质量,优化切削工艺提供参考。方法基于单因素试验方法,采用涂层硬质合金微直径铣刀,对铝合金6061进行了铣削加工试验,分别对切削参数单因素试验的逆铣、顺铣顶端毛刺大小数据以及刀具磨损、毛刺形态信息进行采集和分析。结果直观绘制了a_p、v、f_z对逆顺铣两侧顶端毛刺大小的影响规律图。单因素切削速度试验中,顺铣侧毛刺最大为323μm,逆铣侧最大为268μm;单因素每齿进给量试验中,顺铣侧毛刺最大为332μm,逆铣侧最大为331μm;单因素切深试验中顺铣侧毛刺最大为314μm,逆铣侧最大为264μm。结论逆铣比顺铣的顶端毛刺小,随切削深度增加,毛刺依次呈现长条须状、撕裂状、波浪形锯齿状。刀具磨损是造成切削过程不稳定的重要因素,同时也会造成毛刺形态和大小不稳定。为尽量减少毛刺,应采用锋利刀具和逆铣方式,控制切削深度,选择合适的切削速度和进给量。     

微细铣削时积屑瘤现象的研究

针对微细铣削实验时的积屑瘤现象,在分析其成因的基础上,研究了切削用量、切削液、刀具几何参数、刀具表面粗糙度及工件材料硬度等因素对积屑瘤的影响机制;分析了积屑瘤的产生对加工工件精度、切削力及切削振动的影响;提出了在微细铣削过程中抑制积屑瘤生成的主要方法。     

利用大进给量铣削提升模具制造生产率的研究

大进给量统削(High Feed Cutting/HFC)工艺是一种以整个铁刀直径用全切削(α_e=D)的方式,同时采用较小的切削深度(即背吃刀量α_p)和很高的进给速度进行切削的高效切削工艺,有很高的材料切除率。其目的是显著缩短粗加工或半精加工的时间,因此,原则上大进给量铣削(HFC)是属于高效铣削(HPC)工艺的范围。常规的高效铣削(HPC)工艺是一种通过高的吃刀量(α_p,α_e)、高的进给速度(v_f)和切削速度(v_c)实现高材料切除率的切削工艺。而大进给量铣削(HFC)工艺,顾名思义,显然是专注于通过很高的进给速度实现工件多余材料去除效率,进而提高模具制造生产率的一种制造工艺。实现这种大进给量铣削工艺需要有特殊的刀具,为此,众多刀具供应商开发了具有能实现大进给量铣削的几何形状的刀具,以达到提高生产率的目的,其原理就是通过减小刀具主偏角进而增大刀具切削刃与工件接触长度来实现的。     

通用立铣刀真实切削轨迹下五轴铣削力计算

针对五轴铣削中刀具位姿变化和刀具类型差异所导致的铣削力预测难的问题，提出通用立铣刀五轴铣削力计算方法。基于通用立铣刀结构形式，建立通用立铣刀几何模型；综合考虑刀齿真实运动轨迹和刀具姿态变化，构建刀具瞬时切屑厚度模型；将刀具沿轴线方向等分成若干切削刃微元，并根据线性切削力假设建立刀具微元铣削力；将微元铣削力从刀具坐标系转换至工件坐标系下，并沿刀具轴向铣削深度进行积分，获得通用立铣刀的五轴铣削力模型；最后，在混联五轴数控加工实验平台上开展了铣削力测试。实测结果表明:所提铣削力计算方法正确有效，可作为后续五轴铣削工艺参数优选的理论依据。     

钛合金腹板高速超声椭圆振动铣削力研究

高速超声椭圆振动切削是使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行的超声频断续切削,突破了超声振动加工对临界速度的限制。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对钛合金腹板进行铣削试验,结果表明:随着高速超声椭圆振动切削的速度增大,切削力增幅明显,且相比于普通铣削所受到的切削力约少20%。     

立铣刀高速加工铝合金铣削力试验研究

采用多因素正交试验法进行铝合金铣削试验，测得了硬质合金立铣刀的铣削力。使用回归分析法获取了铣削力经验公式并验证其可靠性。与传统经验公式不同，切削速度独立成为一个因素。该公式确定了切削深度，切削宽度，切削速度，进给速度等切削参数对切削力的影响程度，并为设计刀具和选择切削用量提供了依据。     

The estimation of cutting forces and specific force coefficients during finishing ball end milling of inclined surfaces

The majority of cutting force models applied for the ball end milling process includes only the influence of cutting parameters (e.g. feedrate, depth of cut, cutting speed) and estimates forces on the basis of coefficients calibrated during slot milling. Furthermore, the radial run out phenomenon is predominantly not considered in these models. However this approach can induce excessive force estimation errors, especially during finishing ball end milling of sculptured surfaces. In addition, most of cutting force models is formulated for the ball end milling process with axial depths of cut exceeding 0.5 mm and thus, they are not oriented directly to the finishing processes. Therefore, this paper proposes an accurate cutting force model applied for the finishing ball end milling, which includes also the influence of surface inclination and cutter's run out. As part of this work the new method of specific force coefficients calibration has been also developed. This approach is based on the calibration during ball end milling with various surface inclinations and the application of instantaneous force signals as an input data. Furthermore, the analysis of specific force coefficients in function of feed per tooth, cutting speed and surface inclination angle was also presented. In order to determine geometrical elements of cut precisely, the radial run out was considered in equations applied for the calculation of sectional area of cut and active length of cutting edge. Research revealed that cutter's run out and surface inclination angle have significant influence on the cutting forces, both in the quantitative and qualitative aspect. The formulated model enables cutting force estimation in the wide range of cutting parameters, assuring relative error's values below 16%. Furthermore, the consideration of cutter's radial run out phenomenon in the developed model enables the reduction of model's relative error by the 7% in relation to the model excluding radial run out.