激光熔覆Ti-6Al-4V高速铣削切削力研究

为了研究激光熔覆Ti-6A1-4V这类材料的高速切削加工性能,探明高速铣削切削力的影响机制,采用硬质合金刀具侧铣工艺对激光熔覆和铸造钛合金进行高速铣削的对比实验研究.结果 表明,激光熔覆Ti-6A1-4V铣削时出现明显的各向异性,其中沿熔覆轨迹0°方向铣削时切削力最大,90°方向铣削时切削力最小,且各方向铣削力均低于铸造型钛合金.钛合金铣削过程中,当切削速度超过400 m/min时,铣削主切削力呈明显降低趋势.此外,铣削参数每齿进给量和铣削深度是影响切削力变化最显著的因素.     

高速铣削加工钛合金Ti6Al4V的切削力和表面粗糙度试验

利用单因素实验法对高速铣削Ti6Al4V过程中各切削要素对切削力的影响进行分析,切削力随着切削速度的增加先增大后减小,随着每齿进给量和切削深度的增加而增大;利用正交试验法对高速铣削Ti6Al4V进行粗糙度分析,得出每齿进给量对工件表面粗糙度的影响最大,其次分别是切削速度、径向切深和轴向切深。     

四刃平头铣刀铣削Ti-6Al-4V钛合金参数优化设计及实验研究

为解决四刃平头铣刀铣削钛合金材料时切削力大、切削温度高等问题,利用AdvantEdge FEM仿真软件对四刃平头铣刀进行铣削仿真分析,从刀具应力分布、切屑形貌的方向优化刀具参数,将最佳刀具参数应用于切削参数仿真中,获得铣削Ti-6Al-4V材料的最佳切削参数,并利用试验进行验证。研究表明：基于刀具应力分布以及切屑卷曲状态获得了最优刀具参数;通过不同切削参数的铣削仿真试验获得了最小切削力参数以及最低切削温度参数,并通过试验验证了仿真有效性,为高效铣削Ti-6Al-4V材料提供有价值的理论参考。     

基于加工特征的铣削力预测研究

航空发动机广泛采用钛合金薄壁结构,薄壁件在铣削加工过程中受铣削力的影响易于产生加工变形,影响加工质量。为减少加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的铣削力进行预测。为此,以Johnson-Cook本构方程为基础,考虑材料热力学动态性能和断裂准则对铣削力的影响,建立了基于加工特征的钛合金Ti-6Al-4V铣削力预测模型。首先,利用UG/Open工具模块对UG软件进行二次开发,创建了零件加工特征知识库。然后,利用Deform-3D仿真软件对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂准则等进行描述,建立钛合金Ti-6Al-4V铣削加工有限元模型,对铣削力进行预测。铣削力实验证明了预测模型的可行性。最后,利用建立的有限元模型研究了工件曲率半径对铣削力的影响。结果表明,圆弧内轮廓铣削过程中的铣削力较大,圆弧外轮廓铣削过程中的铣削力较小。     

钛合金Ti-6Al-4V高压冷却车削过程有限元分析

随着钛合金的广泛应用,改善其切削加工性、提高加工表面完整性的试验研究也已得到广泛重视,但对该过程的仿真分析尚不成熟。通过Deform 3D仿真软件建立有限元仿真模型,模拟钛合金Ti-6Al-4V在干切削、普通冷却及高压冷却环境下的车削过程,研究切削环境对切削力、切削温度等加工过程量的影响,获取已加工工件距离加工表面不同深度的残余应力分布,分析高压冷却对钛合金Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响规律。通过钛合金Ti-6Al-4V车削试验测量切削力及刀具表面切削温度,并与有限元仿真模型对比,以验证其可靠性。仿真结果表明:随着切削液压强的增加,切削力增加,刀具表面切削温度降低,高压冷却可有效增强切削液的冷却作用。干切削时,已加工表面(d2=0)为残余拉应力;随着切削液压强的增加,已加工表面残余应力状态逐渐由残余拉应力向残余压应力转变,当切削液压强为200 bar时,已加工表面残余应力为残余压应力,且此时已加工表面残余压应力为最大值。随着测量深度的增加,残余应力值增大,在所有切削试验中,最大残余压应力值均在距离已加工表面相同距离。仿真结果与试验结果的对比证明了有限元仿真模型的可靠性,为钛合金Ti-6Al-4V高压冷却加工热力耦合分析和优化设计提供了理论依据。     

异种材料微尺度铣削力试验与对比分析

在传统切削研究中,工件材料通常是均匀和各向同性的,但当切削过程从宏观尺度变化到介、微观尺度时,微铣削加工中起主要作用的因素与宏观铣削加工相比有很大不同。因此,微细铣削的研究必须考虑工件材料的影响。本文从理论上对螺旋微立铣刀受到的铣削力机理进行了分析,采用试验方法对微铣削不同工件材料时的微铣削力进行对比研究。在微铣削加工中,切削力随着微刀刃切入角度的变化而变化,其中微切削力的计算采用平均力。试验考虑主轴转速n、进给速度Vf、轴向切深ap以及不同工件材料对微切削力的影响,工件材料选择铝合金5083-O和6082-T6、钛合金Ti6Al4V、45钢、不锈钢304、工具钢SKH-9。试验结果表明:微铣削加工过程中的微切削力受铣削参数和加工材料影响,其中硬度、塑性越大的材料,切削力越大,材料的导热率越小,其微切削力越小。     

钛合金TC21铣削切削力预测实验研究

基于正交试验,针对钛合金TC21难加工性,研究了铣削工艺参数切削速度、每齿进给、轴向切深和径向切深对切削力的影响规律;借助数理统计和回归分析实验理论和方法,建立了钛合金TC21切削力的预测模型,并对该模型及回归系数进行显著性检验。研究表明,在高速铣削TC21钛合金过程中,切削力随切削速度的增大而减小,随每齿进给、轴向切深、径向切深的增大而增大;切削深度、每齿进给量对切削力的影响较大,切削速度和径向切深对切削力的影响不显著;经切削验证,建立的切削力预测模型是高度显著的。     

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载-卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

Ti-6Al-4V合金激光辅助铣削的刀具磨损特性

对激光辅助铣削钛合金Ti-6Al-4V进行了实验研究,分析了切削力、切屑形貌和刀具的磨损特性。结果表明,与普通铣削相比,激光辅助铣削条件下,刀具切向的切削力明显减小,刀具径向的切削力略有增大;随着激光功率的增大,钛合金切屑呈现出从锯齿形向连续形过渡的特征,不再具有明显的绝热剪切带;与普通铣削时刀具崩刃的损伤不同,激光辅助铣削时刀具的磨损主要表现为后刀面磨损;激光辅助铣削可以减小后刀面的最大磨损量,但并不能改善后刀面平均磨损量。激光辅助铣削时,刀具寿命得到了延长,当后刀面的平均磨损量在0.15~0.20mm之间时,可以降低刀具的磨损速度,从而延长刀具的使用寿命,但激光辅助铣削并不能降低刀具的初期磨损速度。     

型腔模具拐角高速加工的切削力研究

在型腔模具的高速铣削中,拐角处切削力的突变会影响加工的质量和加工效率。拐角高速铣削中,对影响切削力的主要因素有进给速度、轴向切深、径向切深和主轴转速。为了研究拐角加工中切削参数和切削力的关系,先进行了一系列的单因素实验,然后进行四因素四水平的正交试验,通过线性回归正交实验法,建立拐角铣削力预测模型。对该预测模型进行了回归方程和回归系数的显著性检验,证明了该预测模型的显著性及得出各因素的对切削力的影响顺序。该模型可用于高速拐角加工中预测切削力及合理选择铣削参数。     

切削置氢TC4钛合金切削力及切削温度的有限元分析

利用有限元技术,研究了氢含量对TC4钛合金切削力及切削温度的影响规律,并对高速切削时的切削力、切削温度的规律进行了预测.利用电子万能材料试验机及霍普金森压杆装置获取了不同应变速率及温度时置氢钛合金的流变行为,通过数据的拟合得到了Johnson-Cook(J-C)本构方程,据此建立了切削数值模型.切削力及切削温度的模拟结...     

切削Ti -6Al -4V硬质合金涂层平头立铣刀的几何参数优化仿真研究

Ti - 6Al - 4V具有热导率低、弹性模量低、加工硬化严重及化学活性高等特点,属难加工材料,一般采用涂层硬质合金刀具加工.刀具几何参数对切削力、切削热、加工表面质量有重要影响.对刀具几何参数优化能够获得最优的刀具切削性能.使用有限元分析软件AdvantEdge建立三维立铣模型,采用单因素试验法模拟分析TiCN/A...     

无涂层硬质合金刀具车削钛合金Ti-6Al-4V实验研究

钛合金是航空航天工业中应用广泛的一种难加工材料。本文研究了无涂层硬质合金刀具干切削钛合金Ti-6Al-4V时切削力、表面粗糙度的变化规律，得到了切削深度、进给量、切削速度对切削力和表面粗糙度的影响规律。对切削力实验结果进行了回归分析得到了切削力的指数公式，并运用校正R^2拟合判定系数、累积概率图和残差图对回归模型进行了检验，检验结果表明：切削力的3个回归方程较好的拟合了实验所测的数据，钛合金切削过程中切削力近似满足指数关系。     

高速切削TiAl6V4温度和切削力动态变化规律研究

切削温度和切削力是反映高速切削加工过程的两个重要物性指标,是高速切削研究的主要内容.本文基于实验验证的有限元数值模拟技术,系统研究了高速切削TiAl6V4过程中切削温度与切削力随切削速度的变化规律,揭示了其中的物理起源,并对Salomon假设的存在性进行了初步探索.研究结果表明,刀具与切屑接触区温度总是随着切削速度的增...     

切削用量对立铣加工钛合金Ti6Al4V切削力和切削温度影响规律的有限元仿真研究

利用软件AdvantEdge建立硬质合金涂层立铣刀三维铣削Ti6Al4V钛合金的有限元分析模型,模拟分析切削参数(切削速度、每齿进给量、轴向切削深度及径向切削深度)对刀具切削温度、切削力的影响规律。研究发现:切削力及切削温度随每齿进给量、轴向切削深度及径向切削深度的增加而增加:切削温度对切削深度的变化较敏感,随轴向切削深度和径向切削深度的增加显著增加;随着切削速度的增加,切削力先增大后减小,临界切削速度为120m/min。     

PCBN刀具断续干式切削淬硬钢Cr12MoV切削力研究

基于正交试验设计,使用PCBN刀具进行断续干式车削淬硬工具钢Cr12MoV试验,测得在不同切削参数下的切削力.运用极差分析与方差分析方法,研究各切削参数对断续切削时瞬态冲击力与准静态切削力的影响.应用SPSS软件对准静态切削力进行分析,得出准静态切削力的经验公式.研究结果表明：断续切削方式下,在切削参数中,背吃刀量对瞬态冲击力有显著影响,切削速度和背吃刀量均对准静态切削力影响较大;经验公式对准静态切削力的预测平均误差约为6.3％.     

应用经济型数控车床研究不锈钢车削力和加工质量

应用经济型数控车床加工SUS304不锈钢,研究切削过程中刀具各个方向受力以及零件加工表面的粗糙度分布趋势。采用单因素试验方法设计车削力试验,并记录加工过程中的切削力以及对应参数下获得的零件表面粗糙度。研究发现,不锈钢切削时,切削力和粗糙度都随着主轴转速增加而略有增大,随着进给量和切削增加而明显增大,并且切削力和粗糙度之间存在弱负相关关系,两个指标都与材料去除率呈正比例变化。     

基于ABAQUS的钛合金铣削力的模拟分析

为了研究钛合金在铣削过程中切削力随着切削参数的变化规律,建立了三维斜角切削有限元模型。通过对材料本构模型,刀—屑接触摩擦模型和切屑分离准则等关键环节建模,采用通用有限元求解器ABAQUS/Ex-plicit对钛合金Ti6Al4V的斜角切削过程进行了模拟,获得了切削速度v、切削深度ap和每齿进给量fz对切削力的变化趋势及影响程度。模拟结果表明:切削力随着切削深度ap和每齿进给量fz的增大而增大,而随着切削速度增大切削力波动很小。切削深度对切削力的影响最大,进给量次之,切削速度对切削力的影响最小。该模型可以为切削参数的合理选择提供参考。     

Finite element simulation of machining of Ti-6Al-4V alloy with thermodynamical constitutive equation

Titanium alloys are known as difficult-to-machine materials, especially at higher cutting speeds, due to their several inherent properties such as low thermal conductivity and their high reactivity with cutting tool materials, which present a low thermal conductivity. In this paper, a finite element analysis (FEA) of machining for Ti-6Al-4V is presented. In particular, the thermodynamical constitutive equation in FEA is applied for both workpiece material and tool material. Cutting temperature and tool wear depth are predicted. The comparison between the predicted and experimental cutting temperature and tool wear depth are presented and discussed. The results indicated that a good prediction accuracy of both principal cutting temperature and tool wear depth can be achieved by the method of FEA with thermodynamical constitutive equation.     

Thermomechanical modeling of oblique turning in relation to tool-nose radius

This article aims at predicting machining performances for oblique turning in relation to tool-nose radius. A new geometric analysis for the uncut chip area is proposed as function of depth of cut, feed rate, tool-nose radius, and edge direction angle. Cutting edge is discretized into increments and average uncut chip thickness, elementary direction angle and elementary depth of cut are determined for each one. A new thermomechanical model is developed for each increment which is supposed to be an oblique machining with single cutting edge. The predicted cutting force components are in good agreement with experimental data over a wide range of cutting conditions. In particular, the effect of tool-nose radius and cutting parameters on chip geometry, cutting temperature, and cutting force components are studied. It is underlined that tool-nose radius promotes the increase in radial force, however, its influence on the other parameters is negligible.