高速微尺度铣削单晶铝表面粗糙度试验研究

微铣削是一种加工微小零件和微小特征的高精、高效加工方法,为探究单晶铝微铣削表面质量,采用直径为0.4mm的硬质合金立铣刀,对单晶铝进行三因素五水平微铣削正交试验,通过极差分析找出影响表面质量的主次因素,即主轴转速的影响最大,铣削深度其次,进给速度最小,探讨了切削参数对单晶铝微铣削表面质量的影响规律;优化获得理想的工艺参数组合,即主轴转速为36000r/min,铣削深度为10μm,进给速度为80μm/s,此时即表面粗糙度最小,为0.782μm。研究结果为单晶材料的微铣削加工提供一定的理论和试验依据。     

基于微磨削方法的微织构刀具制备与切削性能研究

目的研究表面微织构对硬质合金刀具切削性能的影响。方法采用微磨削方法在硬质合金刀具前刀面加工出具有不同结构参数的横向、纵向和交叉微织构,通过AL6061切削试验和有限元切削仿真,研究表面微织构对硬质合金刀具的切削温度及刀具磨损的影响。结果采用V形金刚石砂轮微磨削方法能够加工出几何形状规则且表面质量良好的表面微织构。与无织构刀具相比,微织构刀具的切削温度明显降低,高温区域明显减少,其中横向织构刀具降温效果最为显著。微织构刀具的切削温度随沟槽间距的增大而升高,沟槽间距为150μm时,切削温度最低。表面微织构能够有效减轻刀具前刀面的粘结磨损,横向织构刀具减摩抗粘效果最好,且采用较小的沟槽间距更利于减轻刀具的粘结磨损。随着切削速度的增加,表面微织构的抗粘结作用更加明显,当切削速度为150 m/min时,沟槽间距为150μm的横向织构刀具的切屑粘结面积最小。结论在横向、纵向和交叉织构刀具中,沟槽间距为150μm的横向织构刀具切削性能最好,即降温效果、抗粘结性能最为显著。     

激光诱导氧化辅助微细铣削TA19钛合金高深宽比微结构的研究

目的 提高TA19钛合金的微切削加工性.方法 提出一种激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工方法.该方法使用较小功率的纳秒脉冲激光辐照钛合金表面,诱导材料在富氧氛围下产生氧化反应,生成疏松且易于铣削去除的氧化层.随后使用微铣刀快速去除氧化层,可提高加工效率和刀具寿命.通过激光诱导氧化试验和微细铣削试验,选择最优的激光参数和铣削参数.在最优参数下,加工宽度为0.5 mm、深宽比为3的微结构.为了验证复合加工方法的高效性,在相同的铣削参数下,与常规微细铣削工艺作对比研究.结果 激光平均功率与激光扫描速度均会对氧化效果有影响.激光平均功率为4 W、扫描速度为1 mm/s时,TA19钛合金的氧化效果较好,此时生成的氧化层疏松多孔,氧化层和亚表层的厚度分别为32μm和9μm.随每齿进给量的增加,铣削力逐渐增加,而背吃刀量对铣削力的影响较小,选取铣削参数n=20000 r/min、fz=1.75μm/z、ap=6μm为较优参数.与常规微细铣削工艺相比,激光诱导氧化辅助微细铣削的切削力降低了38％,且加工的高深宽比微结构的毛刺较小,表面质量较高.结论 激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工工艺可以有效改善TA19钛合金的微切削加工性,提高刀具的使用寿命.     

SiCp/Al复合材料高速切削去除机理及表面质量研究

目的 探究高速加工下SiC_p/2024Al复合材料切屑形成机理及加工表面质量情况,为改善该材料加工性能提供理论依据。方法 设计高速正交铣削实验,对SiC_p/2024Al复合材料进行不同切削速度下的高速加工,并通过对切屑形态、切削力、切削能耗、加工表面形貌及加工硬化情况进行分析,探明高速加工下材料去除机理及加工表面质量变化。结果 在较低速度下复合材料的切屑形成过程为第一变形区的剪切变形和SiC颗粒破碎,切屑形态为锯齿状;切削速度在300～800 m/min时,随着速度的提高复合材料切屑连续性下降,切削速度在1 000 m/min时,复合材料韧脆性能发生转变,切屑呈现崩碎状;切削力在切削速度300～1 000 m/min时,随速度提高明显减小,主切削力由300 m/min时的320 N左右下降至1 000 m/min时的180 N左右,切削能耗显著降低;失效的SiC颗粒破坏加工表面质量,而高速加工对表面质量有一定改善,切削速度由300 m/min提高到1 000 m/min时,表面粗糙度由0.68μm下降至0.47μm,加工硬化深度也随切削速度提...     

微纳米切削可视化研究现状

当材料切削厚度达到几个原子层时,微纳米切削实验变得困难且耗时,目前的实验条件根本无法实现.而分子动力学仿真却能克服这些困难,能十分方便地改变切削条件、刀具的几何形状和加工工件材料的性质.对基于分子动力学仿真的微纳米虚拟切削基本原理及其国内外研究的现状进行阐述.介绍了几种分子动力学可视化软件.虽然目前存在很多优秀的分子动力学可视化软件,可是没有一个是针对微纳米切削的,也不能观察温度场、应力分布等信息.分析了微纳米切削可视化研究存在的问题和发展趋势,指出微纳米加工可视化将成为探索微纳米加工机理最有效的手段.     

微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力.利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响.结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低.在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能.     

718铬镍铁合金热车削比切削能的仿真与实验分析

对热加工镍基合金进行了仿真和实验研究。在大量火焰加热和室温切削条件下,采用氧气和液化石油气加热,用无涂层硬质合金刀片分别以切削速度66、188 m/min,进给速度0.1、0.15 mm/r和恒定的切削深度对718铬镍铁合金进行加工。以测量比切削能、切削力为重点,对室温和加热条件下的加工过程进行了实验分析。采用有限元软件对718铬镍铁合金的热车削过程进行了分析。结果表明：与室温条件相比,在加热温度下切削力和比切削能有所降低,仿真结果与实验结果一致。     

TiCN/Al_2O_3涂层厚度对刀片切削性能的影响及其磨损机理研究

采用化学气相沉积的方法制备了3种不同涂层厚度的数控刀片样品,1#样品碳氮化钛MT-TiCN与Al2O3厚度分别为8μm与5μm,2#样品分别为10μm与6μm,3#样品分别为12μm与8μm。利用SEM、EDS和超景深显微镜表征了涂层的微结构和切削性能,并分别研究了3种不同厚度涂层在切削加工过程中的失效形式。结果表明,在高速车削加工铸铁时,1#样品的8次平均切削寿命为12 min,2#样品的平均切削寿命为16 min,3#样品的平均切削寿命为10 min,MT-TiCN与Al2O3厚度分别为10μm与6μm的2#样品显示切削性能最优,涂层厚度的适量增加有效的提升了样品的切削性能。其失效形式结果显示,1#、2#、3#样品开始出现粘结磨损的时间分别为6、10、4 min,粘结磨损后涂层开始逐渐失效。因此涂层厚度的适当增加有效的提高了其耐磨性能。     

基于计算机数值模拟的TiAlSiN涂层刀具切削性能研究

为研究TiAlSiN涂层对硬质合金刀具切削性能的影响,采用DEFORM-3D有限元分析软件进行切削仿真试验,模拟了TiAlSiN涂层与未涂层硬质合金刀具在相同切削条件下切削钛合金时的切削温度、切削力;并比较了不同膜厚的TiAlSiN涂层对刀具切削性能的影响。试验结果表明:TiAlSiN涂层具有低的摩擦系数,可以有效地减小切削力,3μm的TiAlSiN涂层刀具比未涂层刀具以及厚度为6μm的涂层刀具切削力小,但切削温度最高;6μm厚的刀具涂层切削温度最低,但切削力较大。     

单颗粒金刚石平面划擦大理石的实验研究

本文采用单颗粒金刚石沿不同的切削路径（不同间距切痕或重叠切痕）与不同切削深度的组合形式进行了平面划擦广西白大理石的试验。分析了两种切削路径下各加工参数对切削力FZ的影响,结果表明：当切削深度小于10μm时,两种切削路径对各道切痕的切削力FZ无明显影响;当切削深度大于30μm时,切削路径对切削力FZ影响增大,且在相等切削深度的条件下,切痕重叠时的加工性能比不同切痕间距时的加工性能差;在不同间距切痕条件下,小间距大切削深度（L〈200μm,ap〉70μm）或大间距小切削深度（L〉600μm,ap〈10μm）的组合形式的加工性能较好。     

超声振动辅助铣磨加工CFRP表面质量研究

为研究超声振动辅助铣磨加工(ultrasonic vibration assisted grinding,UAG)中各加工参数对CFRP加工工件表面粗糙度与形貌的影响,开展了转速、每齿进给量、径向切深的正交试验,并对粗糙度随每齿进给量和径向切深的变化趋势进行了分析。试验结果表明:转速、每齿进给量、径向切深中对粗糙度影响最大的参数为径向切深,影响最小的参数为转速;在转速8000r/min,径向切深200μm条件下,每齿进给量fz从5μm增加到8μm时,UAG加工方式下的工件表面粗糙度值增加了20.61%。在转速8000r/min,每齿进给量8μm条件下,径向切深ae从250μm增加到400μm时,UAG加工方式下的工件表面粗糙度值增加了27%。     

宏/微双驱动微切削定位进给系统的递进式误差补偿技术研究

宏/微双驱动微切削定位进给系统在航空航天、医疗、核能以及IC制造等领域具有广泛的应用,其定位进给精度是保证零件切削加工质量的根本。为了提高其定位进给精度,提出一种机械补偿与算法补偿相结合的递进式误差补偿方法:首先通过微动平台元件的压电致动特性实现对宏平台的粗误差机械方式补偿,再采用最小二乘法和BP神经网络误差补偿模型进行宏/微双驱动系统的精误差算法补偿。并通过误差补偿实验验证后得出,在微切削加工条件下,基于宏/微双驱动定位进给系统的递进式误差补偿法极大地提高了机床的定位进给精度;补偿后X、Y轴的误差波动区间集中在[-0.010,+0.010]μm,定位精度分别为0.006 mm和0.009 mm,重复定位精度为0.010 mm和0.013 mm,实现了系统的纳米级定位和10 nm级的重复定位。     

AISI 4340高强钢高速硬车削下PCBN刀具磨损机理

PCBN刀具在硬切削加工中磨损严重,探究PCBN刀具的磨损机理,能够为改善刀具切削性能、提高加工效率提供指导.采用PCBN刀具进行高速硬车削AISI 4340高强钢试验,研究不同切削速度下的PCBN刀具的磨损形式及磨损机理.通过对比三种切削速度(v=150 m/min、210 m/min、300 m/min)切削两种硬...     

基于数值模拟的复合涂层枞树型刀具磨损研究

采用数值模拟法分析了复合涂层枞树型刀具切削过程中切削力、切削温度变化以及刀具磨损情况。基于Deform-3D和Johnson-Cook本构模型,建立切削加工仿真模型,对未涂层的刀具和不同膜厚的Ti N-Ti CN复合涂层枞树型刀具半精加工汽轮机转子轮槽进行切削仿真。结果表明:仿真切削与实际切削结果相比具有一致性。未涂层刀具后期切削力波动剧烈,涂层刀具全程切削力波动稳定,5μm涂层刀具切削力最小;未涂层刀具切削温度显著高于涂层刀具,前中期10μm涂层刀具切削温度略高于5μm刀具,中后期5μm涂层刀具切削温度略高于10μm刀具;刀具磨损最严重出现在前刀面距离刀尖1.89 mm的区域,5μm涂层刀具磨损较轻,未涂层刀具磨损较严重。5μm Ti N-Ti CN多层涂层枞树型刀具切削力小,切削温度较低,刀具磨损量小。     

微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究（英文）

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力。利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响。结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低。在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能。     

切削速度对微织构刀具切削力的影响

目的 研究微织构刀具在不同切削速度下切削力的变化规律,从而改善刀具的切削性能。方法 利用激光技术在PCBN刀具前刀面进行微织构处理,加工微槽宽度分别为30、40 μm的垂直微槽和平行微槽,并选择60、72、85 m/min三种不同的切削速度,分别用微织构PCBN刀具干式切削AISI 52100材料,使用测力仪收集切削过程产生的主切削力、径向力和轴向力。结合有限元仿真技术,设置与实际切削试验相同的切削用量、微织构刀具材料和工件材料等切削条件,从刀具表面应力角度分析微织构刀具在不同切削速度下的切削力变化,并与切削试验结果进行对比。结果 在不同的切削速度条件下,不同微织构刀具产生的切削力受切削速度的影响程度不同。30 μm垂直微槽和40 μm平行微槽PCBN刀具在较高的切削速度下均能取得较小的切削力,切削速度的变化对主切削力、径向力和轴向力的影响均较大。结论 随着切削速度的增大,垂直微槽和平行微槽可有效减小主切削力和径向力。在相同的切削速度下,垂直微槽比与平行微槽更有利于获得较小的切削力。试验结果对微织构PCBN刀具切削淬硬钢材料奠定了基础。     

低温冷风MQL切削镍基高温合金的仿真与实验研究

为探究低温冷风微润滑这种绿色加工技术应用于难加工材料时的效果,对难加工材料GH4269在干式、浇注式和低温冷风微量润滑条件下进行仿真模拟与切削试验。用ABAQUS对GH4169在3种方式下切削力和切削温度进行仿真;设计多因素正交实验对仿真结果进行验证。通过比较不同润滑方式对切削力及切削温度的影响,得出影响曲线图,从而揭示难加工材料GH4169在车削过程中切削力的变化情况,为实际的生产加工积累和提供基础数据。     

微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析

针对微织构刀具对切削工件表面残余应力的影响,设计不同尺寸的垂直槽和平行槽微织构,利用有限元仿真技术,模拟不同类型、不同尺寸微织构PCBN刀具干式车削GCr15试验。通过对有限元结果进行研究分析,得到已加工表面残余应力分布情况,并与无织构PCBN刀具对比,分析微织构对已加工表面残余应力的影响。有限元仿真结果表明:与无织构刀具切削工件表面获得拉应力相比,槽型织构刀具切削后的工件已加工表面呈现压应力,提高工件表层的耐磨损和耐疲劳性能;宽度50μm垂直槽和宽度40μm平行槽刀具切削得到的工件表面压应力最大,对工件表面应力分布影响最显著。     

TC4铣削切屑形态与表面形貌特征

目的 对TC4铣削过程中锯齿状切屑的形成与对应产生的加工表面形貌特征进行研究,掌握钛合金TC4高速铣削加工切屑形态随铣削速度的变化规律,从而提高加工表面质量和效率。方法 基于有限元软件,建立钛合金TC4二维变厚度切削模型,通过仿真和铣削试验分析铣削速度对切屑形态的影响规律。利用超景深显微镜和PS50表面轮廓仪对TC4铣削过程中形成的切屑形态及工件加工表面形貌进行观测和分析,确定铣削加工TC4过程中铣削速度与切屑形态、工件表面形貌和表面粗糙度之间的关系。结果 铣削试验验证得出铣削力仿真值与试验值最大误差为9.86%,验证了二维变厚度切削模型的准确性。随着铣削速度从40 m/min增大到120 m/min,切屑形态由带状转变为锯齿状,且铣削力逐渐减小。同时,铣削速度由80 m/min增大到240 m/min时,切屑的锯齿化系数和剪切带内的剪切角均增大,而剪切带间距减小,TC4加工表面波纹加深、波纹间距变宽,并且伴随有大量韧窝出现,导致表面粗糙度值增大。结论 掌握锯齿状切屑几何特征与工件表面形貌随铣削速度的变化规律,以便在铣削加工TC4过程中对锯齿状切屑进行控制,对于提高工件加工表面质量和加...