单晶锗微结构的超声振动辅助微切削加工

为解决单晶锗微结构元件超精密金刚石切削加工的技术难题,提出采用超声振动辅助切削技术提高单晶锗的临界未变形切屑厚度,并推导了微结构切削中切屑厚度的理论计算公式. 进行微圆弧金刚石刀具的振动辅助微切削实验,研究临界未变形切屑厚度随振幅的变化规律,分析微槽表面加工质量和切屑形貌等. 分析4.5 μm和10.0 μm深的十字槽、矩形凸台等微结构的加工质量,针对微槽边缘的加工损伤问题,采用“切深递减”同时结合横向进给的工艺方法. 实验结果表明:微槽切削中切削深度的理论计算值存在较大的误差,应选用直接测量法;振动辅助切削的临界未变形切屑厚度随着振幅的增加而增大,最高达到了704 nm,是普通切削深度的5.2倍. 与普通切削相比,振动辅助加工可以在一定程度上降低微槽表面粗糙度. 采用振动辅助微切削技术能够在大切深条件下加工出具有较高表面质量和轮廓精度的微结构,能够有效解决微槽侧面加工损伤问题,微槽表面粗糙度R_a值低至3.09 nm.     

微切削加工Al7050-T7451过程切屑形貌及尺度效应研究

采用硬质合金刀具,通过一系列的单因素直角切削试验对铝合金7050-T7451微切削加工中的切屑形貌、切削力以及尺度效应等进行了研究。为了便于使用Kistler9257B型测力仪进行加工过程切削力的测量,对工件进行处理,使用数控铣削中心实现直角车削。试验方案在不同切削速度下变换切削深度,考虑刀具刃口半径的存在对微切削加工过程的影响。试验中收集不同切削参数下的切屑,得到切屑的宏观形貌;对切屑进行抛光腐蚀,在高倍光学显微镜下获取切屑的微观形貌,研究了切削参数对切屑厚度和卷曲程度等的影响规律。试验过程中实时测得不同切削条件下的切削力,讨论了微切削加工过程切向力和径向抗力受刀具刃口半径影响下的变化规律,并从单位切削力的角度出发研究了刀具刃口半径对微切削加工过程中尺度效应的影响规律。     

车铣加工的运动学模型与切屑形成机理

分析切屑形成机理及刀具、切削刃与工件在X-Y,X-Z平面内可能的接触范围.建立了车铣过程的一种运动学模型.得出了圆周切削刃车铣时切削厚度的计算公式.     

端铣切削可转位铣刀片刃前区温度场分析

端铣切削难加工材料3Cr1Mo1/4V过程中产生切削高温,导致刀片破损速度加快,使用寿命降低.因此精确控制切削热和准确测量切削温度成为决定此类难加工材料切削性能的关键因素.通过可转位铣刀片断续车削模拟端铣切削的实验方案,利用红外辐射测温法分析切屑自由端表面的温度分布规律,并借助有限元软件的热传导单元获得刀-屑接触区及切屑内部的温度场分布.研究结果表明,断续切削实验方案及有限元模拟可有效用于铣刀片刃前区温度场分析,从切屑一侧研究切削热及切削温度,为优化设计铣刀片槽型,提高刀具寿命和加工效率等奠定基础.     

带断屑槽的硬质合金刀具干车削40Cr钢的切削性能

采用带断屑槽的硬质合金刀具干车削40Cr钢,研究了此种刀具车削40Cr钢,刀具前后刀面的磨损机理,分析了切削参数(切削速度和进给量)对刀具寿命和切削温度的影响.结果表明:此种硬质合金刀具干车削40Cr钢的磨损机理为剥离磨损、粘结磨损、氧化磨损和微崩刃;随着切削速度的增加,刀具磨损率降低;低速时切削速度的增加,提高了切削温度,当切削速度大于120m/min时切削温度随之降低;进给量的增加,能够提高刀具断屑槽的利用率,减小切屑对刀具主切削刃的正压力,降低切削温度,改善进给量的增加对刀具寿命的影响.     

超声振动辅助微细铣削工件动态位移分析

为了探索改善微细铣削加工条件、提高微细铣削加工精度的新途径,研究了利用超声振动辅助微细铣削对工件动态变化的影响.计算分析了普通铣削和超声振动辅助铣削加工时主切削力波形特点,建立了刀具/工件振动系统模型,理论计算了施加超声振动前后工件的动态位移,并以2A12为实验材料进行了铣槽实验验证.理论分析和实验结果表明,进给方向超声振动辅助微细铣削可以获得近似脉冲状的切削力,获得均匀细小的切屑,同时减小工件在切削加工中的动态变化,有助于提高加工尺寸精度.     

内孔拉削动态负载计算模型

针对圆孔拉削负载计算误差大、负载动特性预测精度低的问题,综合考虑圆孔的圆弧效应、刀齿的刮削效应以及刀齿与工件接触的周期特性,建立计算和预测拉削负载模型.基于Johnson-Cook模型,对每个刀齿的切削剖面进行详细划分,计算圆弧效应对拉削负载的影响.针对刀具与工件的接触状态,考虑拉削过程中每个刀齿切削与刮削占比不同的效应,进一步优化拉削负载计算模型.考虑刀具与工件接触过程中刀齿数周期变化的特性,将拉削过程分成3个阶段(工件与刀齿接触初期、工件与刀齿完全接触时期以及工件与刀齿脱离时期).仿真和试验结果表明,所建立的拉削负载计算模型能够准确描述拉削负载动特性,平均计算误差小于13%.     

圆孔拉削表面环状波纹的试验研究

本文首先将内孔拉削系统简化为单自由度系统,给出其振动的数学模型并对其进行运算和处理。结论是:圆孔拉削表面环状波纹是由拉刀振动造成的。为验证理论分析的正确性对圆孔拉削过程进行了振动测试和环状波纹测量,证实了理论分析的正确性。提出采用不等齿距拉刀,增加同时工作齿数,减小切削力的波动等都可减小环状波纹。     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

试论切削加工表面粗糙度影响因素及应对策略

工件表面粗糙度主要是由加工过程中刀具和零件表面间的摩擦、切屑分离时表面金属层的塑性变形及工艺系统的高频振动等原因形成的.经机械加工后的零件表面,不可能是绝对平整和光滑的,实际上存在着一定程度宏观和微观几何形状误差,一般用粗糙度值来表示,所以表面粗糙度是反映微观几何形状误差的一个指标.本文就对工件切削加工表面粗糙度影响因素进行了分析,并提出了相关应对办法,以此提高工件加工质量.     

小孔梯形内螺旋深槽成组拉刀设计

在加工工件上的小孔梯形内螺旋深槽时,经常采用的是单刀多次拉削的工艺方法,这种加工方法满足不了大批生产时对策痃的要求,为此,提出了用“成组拉刀”取代单把拉刀进行拉削的高效工艺方法,并为“成组内螺旋深槽拉刀设计”提供了一种合理、简捷的设计方法。     

基于切削试验的切屑折断预报

通过切削试验,获得了刀具主要偏角,切削速度和工件材料牌号对切屑的极限进给量和极限背吃刀具的影响规范及其经验公式,并根据切屑折断面线建立了判断发屑是否折断知识库和切屑折断预报系统。     

厚壁件内孔拉削精度试验研究

对厚壁件内孔拉削精度进行了试验研究,结果表明：刀具初期磨损阶段,工件也民径尺寸偏大,有一变化较大;刀具正常磨损阶段,工件孔径尺寸偏小,尺寸稳定;入口处锥度较大。     

周铣加工表面形貌仿真新算法

考虑主轴偏心，基于周铣过程中刀具切削刃上任意点与工件相对运动的轨迹方程和周铣过程几何特征，构造出可以求解周铣加工表面上任意一点形貌高度值的三维表面形貌仿真算法，并给出了相应的仿真算例。该算法无需对刀齿进行微段离散，并且不依赖于工件网格划分，加工表面上任意一点形貌高度值的计算次数等于刀具齿数，具有通用性好、运算速度快、结果准确度高的特点。     

一种基于FTS车削的微切削力模型

机械加工中的切削力模型建立对于研究工件表面形貌成型,探究切削理论有着深远的意义。在微切削加工领域,伺服车削通常用来加工自由曲面,但是考虑到尺寸效应,传统宏观领域的切削力模型无法真实地描述切削过程。针对微切削加工领域,提出了一种切削力模型,模型充分考虑了最小未成型切屑厚度,刀具切削刃钝圆以及工件对后刀面回弹引起的摩擦力。由于切削深度不同,所对应的切削原理也不同,将切削过程分为多个区域建模。当刀具切入工件后,随着切屑厚度的减小,切屑在前刀面分别经历宏观剪切、大负前角切削以及耕梨过程,而同时工件未切下的部分在后刀面的进一步作用下形成已加工表面,对应上述过程,将分为4个区域建模。最后,基于自主设计的能够精确测量两个方向切削力的快刀伺服装置(DFT-FTS)设计实验。     

Elastic-plastic finite element simulation for diamond turning process

Diamondturningprocessischaracterizedbyhigh dimensionalaccuracyandgoodsurfaceintegrityandhasbeenappliedinmanyadvancedindustrialfields,such ascomputer,automobile,opticsmanufacturing,etc.Usingthistechnology,thesoftmetal,suchasalumi numorcopperoritsalloys,can…     

流屑角变化规律研究

在分析切屑横向流动及切削刃干涉对流屑角影响规律的基础上，通过试验并利用回归分析的方法，建立了在一定范围内实用的流屑角计算公式．试验表明：流屑角随主偏角ｋｒ和刃倾角λｓ的增加显著增加，并随背吃刀量αｐ的增加有所减小，而副偏角ｋｒ、刀尖圆弧半径ｒｅ及进给量ｆ的影响不大．此结论为控制切屑流出形态提供了理论依据．     

顺铣与逆铣时刀齿接触长度及切削厚度的数值计算和比较

一般认为，顺铣时与逆铣时刀齿与工件接触长度不同以及切入时切削厚度不同是造成顺铣时与逆铣时铣刀耐用度不同的主要原因。本文通过数值计算得出结论，在一般实用的切削用量范围内，两种铣削时接触长度的相对差异小于４％，并认为，接触长度的这种差异不足以对铣刀耐用度起实质性影响，而逆铣切入时较长的一段切削路程中切创厚度小于刀刃钝圆半径而不能切下切屑，是造成逆铣时刀具耐用度远低于用铣时刀具耐用度的主要原因。     

流屑角变化规律研究

在分析切屑横向流动及切削刃干涉对流屑角影响规律的基础上，通过试验并利用回归分析的方法，建立了在一定范围内实用的流屑角计算公式．试验表明：流屑角随主偏角ｋｒ和刃倾角λｓ的增加显著增加，并随背吃刀量αｐ的增加有所减小，而副偏角ｋｒ、刀尖圆弧半径ｒｅ及进给量ｆ的影响不大．此结论为控制切屑流出形态提供了理论依据．