微型薄壁件的微细铣削机理与工艺研究

文章针对微型薄壁的高精密微细铣削加工,展开加工机理与工艺的研究。通过构建微细铣削的有限元模型与微细铣削50μm厚度薄壁件的试验,揭示大切深与小切深时每齿进给量和轴向切深对薄壁特征尺寸误差的影响关系。结果表明,随着每齿进给量的增加,铣削力与尺寸误差都呈上升趋势。随着轴向切深的增加,铣削力增大,但薄壁特征的尺寸误差反而减小。表明了宏观薄壁特征切削中所提出的小切深多次走刀这种工艺路线在微小型薄壁特征的微细铣削中并不适合,主要原因是微型薄壁特征的几何尺度与微细铣削装备的精度更加接近,多次往复走刀引起的定位误差使薄壁尺寸误差变大。因此,大切深小进给可以在保证效率的前提下减小薄壁尺寸误差,更加适合微细铣削微小型薄壁特征。     

微细铣削中切削条件对刀具磨损影响的试验研究

在微细铣削加工中,刀具易发生磨损失去切削能力,这严重影响了工件加工质量和效率。文章研究了微细铣削黄铜H59时,4种不同的切削条件(干切削、浇灌润滑、微量润滑MQL、-5℃低温气体冷却)对刀具磨损、切削力和表面粗糙度Ra的影响规律,并分析评价出了能够减少刀具磨损,保证加工质量的最佳切削条件。试验结果表明:不同的评判指标下,4种切削条件的优劣次序不完全相同;微细铣削中借助切削力与表面粗糙度Ra的变化趋势可以辅助判断刀具磨损情况;所用4种切削条件中,微量润滑条件特别适合高质量的黄铜材料微细铣削加工。该研究对于微细铣削不同材料时切削条件的选择具有实际的指导意义。     

基于刀具几何参数的薄壁叶片切削力预测方法研究

切削力是影响刀具耐用度和被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切削力的大小影响很大。以汽轮机薄壁叶片为研究对象,在ABAQUS的基础上,研究金属模拟过程中的关键技术,提出薄壁叶片的铣削加工模拟模型;在此基础上对刀具几何角度进行了单因素和多因素正交模拟实验分析,建立了刀具几何参数的切削力经验模型。实验证明:切削力有限元模拟值与切削力实验测试值大体一致,所得结果基本有效。     

高速铣削薄壁铝合金表面粗糙度的实验分析及应用

为提高高速铣削铝合金薄壁件的表面质量,发挥高速加工的优势,以铝合金薄壁件为加工对象,采用单因素实验方法,研究切削速度、每齿进给量、径向切深和轴向切深对表面质量的影响规律,得到优化的切削参数,为合理选择高速切削加工参数提供依据.     

微沟槽顶部毛刺宽度微细切削试验研究

毛刺的存在影响工件的加工精度及加工效率。文章以毛刺宽度作为分析指标,采用正交试验对微细铣削过程中的关键因素(轴向切深、每齿进给量、主轴转速、径向切深)进行优化参数研究。分析结果表明:最优铣削参数组合是主轴转速为78000min-1,轴向切深为78μm,每齿进给量为1.5μm/z,径向切深为390μm;关键影响因素对毛刺尺寸影响的程度由大到小依次是主轴转速、轴向切深、每齿进给量和径向切深。由于参数优化铣削的微沟槽的顶边缘仍然存在尺寸较大的毛刺,文中采用后处理加工方法进行修正,结果表明能够进一步明显减小毛刺。     

微细铣削中刀具侧刃磨损试验研究

随着科学技术的发展,微小零件广泛应用于各个领域,而微细铣削技术变得越来越重要。在微细铣削中,对刀具磨损的研究占有重要地位。采用直径1 mm的TiAlN涂层平头铣刀,针对微细铣削黄铜H59时的刀具侧刃磨损进行试验研究。发现随着铣削长度的增加,侧刃磨损量呈上升趋势。切削长度为200 m时,两组试验的磨损带宽度变化由快变慢,出现变化临界点。对刀具磨损形式与机制进行分析,发现刀具出现涂层脱落、刀尖钝圆半径变大和微崩刃现象,分析其发生机制为磨粒磨损与粘结磨损。以侧刃后刀面磨损带宽度为试验指标进行正交试验,研究铣削参数对刀具侧刃后刀面磨损的影响主次顺序及最优参数组合。结果表明:每齿进给量、轴向切深、主轴转速和径向切深对刀具磨损的影响依次减少;试验所得最优参数组合为f_z=2μm/齿,a_p=0.3 mm,n=60 000 r/min,a_e=0.15 mm。     

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.     

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。     

基于高速铣削的微细电极加工方法

微模具型腔的高效、高精密加工,一直是制约微模具制造技术发展的瓶颈问题.以微细 电火花加工用的圆柱阵列结构微细电极为对象,研究了应用高速铣削加工技术,实现微细电极的高效、高精密加工方法.通过优化分析微细电极结构和高速铣削加工参数及刀具路径,获得了尺寸和形状精度及表面质量均满足要求的阵列结构微细电极,并以制得的微细电极进行...     

基于圆弧走刀的尖角加工铣削力建模

为实现尖角加工过程中铣削力的精确预测,给出了工件轮廓与刀具路径的参数化统一表示方法,分析了两种情况下的铣削工艺过程,依据铣削特征化分为五个阶段,推导出每个铣削阶段的实际径向切深算式。基于实际径向切深,给出了切入/切出角的计算方法,建立了尖角加工的瞬时铣削力模型。利用直线铣削完成了切削力系数辨识,对尖角加工的瞬时铣削力进行预测,并进行试验验证,结果表明预测铣削力与实测铣削力具有良好的一致性,证实了铣削力模型的有效性和精确性,从而为工艺参数优化和颤振抑制提供了理论基础。     

影响铣削颤振稳定性的因素与规律分析

应用Altintas切削颤振理论实现了铣削颤振的预测,并对影响铣削稳定性的机床系统因素进行了分析。研究发现,稳定性叶瓣图会受到机床的主轴-刀具系统模态参数影响,尤其是模态刚度、阻尼比和固有频率。另外,通过系统动刚度相同的条件下不同的阻尼比和模态刚度组合对铣削稳定性的影响分析发现,模态刚度对系统稳定性的影响要大于阻尼比的影响程度。分别对影响铣削加工稳定性的刀具参数、工件材料特性以及切削参数等因素及其对铣削稳定性的影响规律进行了分析。结果显示:减小刀具齿数、刀具螺旋角和刀具悬伸量,并增大刀具直径对于改善切削颤振有益;具有较小切向切削力系数和径向切削力系数的材料更容易实现稳定切削;减小铣削宽度,并采用顺铣方式,系统的临界切深更大。     

微铣削切削力的解析模型分析

针对传统铣削模型不能较好的反映出微铣削刀具因尺寸效应而易受切削力与切削振动的影响效果的问题,建立了微铣削刀具运动轨迹和动态切削厚度模型和考虑刀具磨损的微铣削犁力模型和剪切力模型,通过Deform-2D切削仿真获得了犁力系数和剪切力系数,建立了考虑刀具磨损的微铣削切削力模型。同时通过切削力测试实验与仿真结果进行比对,检验了切削力模型与测试结果的偏差,结果表明该切削力模型预测结果可以较好的反应实际切削力值,可以利用该模型进行微铣削切削力的近似计算,进而验证了模型的正确性与可信度。     

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。     

薄壁零件的铣削加工稳定性研究

为控制薄壁结构零件加工过程中的变形和切削振动,在考虑刀具和工件两个方向的自由度的基础上,分析、建立了薄壁零件的动态铣削模型.针对2A12铝合金薄壁结构零件,利用Mikron高速加工中心和相关仪器,通过铣削力实验和模态实验,分别测得特定刀具和工件系统的动态铣削力系数和模态参数,从而绘制出高速铣削薄壁零件的稳定性叶瓣图,得到了不同径向切深条件下的极限轴向切深,并通过试验进行了验证.这种方法可用于相关薄壁零件加工时合理选择切削用量.     

微细铣刀几何参数对TC4合金加工影响的仿真分析

在微细铣削过程中,刀具前角、刀尖圆弧半径等几何参数的选择与铣削力有着密切的关系,不仅会影响刀具的使用寿命,还会影响铣削过程的稳定性以及工件已加工表面质量。文章针对直径为0.1mm的双刃微细立铣刀展开研究,利用AdvantEdge有限元软件分析不同刀具结构参数铣削钛合金TC4对铣削力、铣削温度的影响规律,并设计正交试验求得三种因素的最优组合,并基于响应曲面法求得微细铣刀几何参数交互影响规律。结果表明:对铣削力造成影响的因素主次顺序为刀尖圆弧半径、径向前角、螺旋角;最小铣削力出现在"小径向前角+小刀尖圆弧半径+大螺旋角"区域。     

薄壁零件高速铣削实验

通过高速铣削单因素实验,研究高速铣削参数对工件表面质量和铣削力变化的影响规律,优化薄壁零件高速铣削参数.在此基础上进行了薄壁零件的高速铣削实验,结果表明,采用优化后的高速铣削参数加工薄壁零件,能够有效地提高薄壁零件的加工精度和加工效率.     

不锈钢0Cr18Ni9铣削力建模与实验研究

在难加工材料的铣削加工中,铣削力对质量有很大影响。对难加工不锈钢0Cr18Ni9铣削加工中的切削力模型与实验加工技术进行研究。将不锈钢0Cr18Ni9铣削加工中的切削力分解为切向铣削力、径向铣削力和轴向铣削力,由铣削力和切削加工参数之间的关系,建立不锈钢0Cr18Ni9铣削力模型。采用正交试验法设计加工试验获得铣削力数据,通过多元线性回归确定不锈钢0Cr18Ni9铣削力仿真模型中的系数。回归参数的显著性检验结果表明,所建立的铣削力模型能够对铣削力进行预测和控制。     

PCBN刀具高速铣削TC4钛合金切削性能与工艺参数优化研究

针对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的加工特性,采用PCBN刀具,基于单因素试验,研究高速铣削条件下工艺参数对切削力、切削振动等的影响规律,提出综合考虑切削力、切削振动、表面粗糙度的工艺参数优选方法。研究表明:切削力和切削振动随切削速度v和每齿进给量f_z的增大呈现一定的波动,随径向切深a_e和轴向切深a_p的增大而增大,切削振动受切削力影响较为显著。考虑切削性能,以材料切除率为优化目标,以切削力、切削振动和表面粗糙度等为约束条件,建立工艺参数优选模型,可得到不同约束条件下工艺参数的优选组合。     

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。     

钛合金Ti-6Al-4V纵扭超声铣削残余应力试验研究

目的 提出将纵扭超声振动和铣削加工相复合,对钛合金Ti-6Al-4V进行试验研究,探索工艺参数对加工残余应力的影响规律,实现钛合金的压应力抗疲劳制造。方法 通过试验对比分析了纵扭超声铣削和传统铣削在切削力、切削温度和残余应力的差异性。采用正交试验和单因素试验相结合的方法,同时考虑因素交互作用,研究了加工参数、冷却润滑条件以及刀具磨损对加工残余应力的影响。结果 相较于传统铣削,纵扭超声铣削能够使平均切削力降低约16.3%,切削温度降低约25.6%,表面残余压应力值增加31.3%。在所选参数范围内,径向切深对表面残余应力的影响较大（贡献率为34.1%）,而振幅影响较小（贡献率为6.5%）。表面残余压应力值随着铣削速度、每齿进给量以及径向切深的增大有不同程度的降低,随着振幅的增大有一定程度的提高。采用乳化液作为切削液能够提高加工表面的残余压应力值,而干式切削能够获得和在水、油切削液条件下相当的加工表面残余压应力值。工件表面的残余压应力值随着刀具磨损的增加而逐渐减小。结论 纵扭超声铣削能够有效降低切削力和切削温度,提高加工残余压应力值,同时选择适当的工艺参数及润滑冷却条件可进一步增大表面压应力值,可作为一种可靠的压应力制造技术。