刃口钝化形状因子K对车削刀片性能的影响

切削刃制备技术是制备涂层硬质合金切削刀片必不可少的关键技术,目前应用最广的切削刃制备技术是刃口钝化。本文主要通过切削实验研究刃口钝化形状因子对涂层硬质合金车削刀片性能的影响,采用毛刷钝化法制备的相同钝化半径不同刃口钝化形状因子K的涂层硬质合金车削刀片在CK7525车床上对45钢进行车削实验,采用单因素法研究刃口钝化形状因子K1、 K=1和1K2对工件已加工表面粗糙度和切削刀片车削性能的影响。研究结果表明:刃口钝化形状因子1K2时,工件已加工表面粗糙度最小,切削刀片寿命最长。     

刀具钝化非对称刃口对铣削温度场影响的研究

刀具刃口通过钝化可以去除刃口缺陷,提高刀具使用寿命和切削过程的稳定性。刀具钝化刃口可以是对称的,也可以是非对称的。通过建模软件SolidWorks建立不同形状因子的非对称刃口二维模型,采用切削仿真软件ThirdWave建立硬质合金刀具钝化非对称刃口对铣削45钢过程的有限元模型,分析形状因子对温度场的分布规律,揭示刀具钝化非对称刃口对切削温度的影响规律,研究结果对于实现刀具钝化刃口优化,提高加工水平具有重要意义。     

形状因子对切削力和切削温度影响的仿真分析

形状因子是用来描述刀具刃口轮廓对称程度的重要参数。形状因子越大刀具刃口轮廓对称程度越小。文章首先通过建立单因素切削仿真方案研究了形状因子对切削力和切削温度的影响规律。进而通过正交切削仿真研究了主轴转速、每齿进给、轴向切深、径向切深和形状因子等影响因素对切削力的影响程度。研究结论可以为提高加工效率、降低研究成本提供理论支持。     

形状因子对应力场及温度场的影响分析

刀具钝化非对称刃口形状因子是影响温度场与应力场的重要因素之一,而形状因子会改变刃口处的分流点高度、剪切角以及实际切削负前角,在彼此相互作用下使温度场与应力场发生变化。采用三维软件SolidWorks建立不同形状因子的硬质合金刀具模型,通过有限元软件AdvantEdge建立刀具非对称刃口钝化铣削45钢的仿真模型,研究不同形状因子对温度场与应力场的影响规律。结果表明:随着形状因子的增大,最高切削温度增加,而最高应力区域面积呈现先增大后减小的趋势。     

双磁盘磁力钝化参数对刀具刃口的影响

刀具钝化技术对提高刀具寿命具有重要的作用,为了探究双磁盘磁力钝化对刀具刃口的影响,首先分析了双磁盘磁力钝化的基本原理及磁性磨粒的材料去除机制;其次采用了Ansys maxwell仿真软件对硬质合金刀具在不同磁盘间距,不同磁盘厚度下的磁感应强度、磁力线分布进行了有限元分析,发现了磁盘间距、磁盘厚度对刀具轴向和端面磁感应强度及钝化压力的变化规律;最后通过试验法对不同钝化时间下刀具刃口的变化进行了探究,并基于B样条曲线对刀具刃口进行了绘制。最终得出了在磁盘伸入量为15～35 mm时,磁性磨粒对刀具的钝化压力最大,且为了保证刀具刃口的非对称性,磁盘间距应保持在12～18 mm之间,同时,在对平头类刀具进行钝化加工的时候,磁盘间距应保持在18～30 mm之间,考虑到成本和时间效益的影响,磁盘厚度不宜超过120 mm、钝化时间不宜超过10 min。     

形状因子对刀具刃口磨损的仿真研究

刀具刃口钝化能够提高刀具使用寿命,为研究钝化刀具形状因子对刀具磨损的影响,设计不同形状因子刀具的铣削仿真试验和磨损实验。通过对不同形状因子刀具刃口的磨损深度变化情况和最大磨损量进行分析,研究结果表明:当主轴转速为2000(r/min),进给量为0.1(mm/z),轴向切深为0.5mm,径向切深为0.5mm时,刃口最大磨损量随着形状因子的增大先减小后增大,当形状因子为0.824时最大磨损量最小。研究结果为提高刀具使用寿命和刀具刃口钝化优化提供了一定的依据。     

BP神经网络在立铣刀结构参数优化中的应用

钛合金薄壁件的铣削加工过程中,刀具磨损速度快,并且工件容易变形,其主要因素是加工过程中切削力大,切削温度高。文章利用有限元仿真软件Advant Edge FEM铣削仿真数据,建立整体式立铣刀结构参数与切削力和切削温度的BP神经网络预测模型,并对切削预测模型进行了切削实验验证。在此基础上,利用BP神经网络模型的预测结果对整体式立铣刀的结构参数进行了优化,切削实验证明,优化后的刀具参数可以有效地降低切削力和切削温度,从而有效地改善过程中刀具的切削性能和工件的加工质量。     

基于气固两相流磨粒的刀具钝化研究

机加工的质量和效率受刀具刃口形貌直接影响。对刀具进行钝化处理可以提高刀具的使用寿命及可靠性,满足高速高效切削加工的要求。文章提出了采用气固两相流磨粒的方法对硬质合金立铣刀进行钝化,基于动能守恒定理以及磨粒磨损理论,建立了在气固两相流磨粒钝化过程中刀具非对称刃口形成的数学模型,并通过与正交实验进行对比分析。分析结果表明钝化后形状因子的理论值与实际值的最大误差为18.4%,最小误差为0.04%,验证了该模型的可行性。     

硬质合金刀片复杂刃口的柔性纤维辅助力流变钝化抛光试验研究

为实现硬质合金刀片复杂形状刃口的一致性钝化,提升刀片使用性能和寿命,采用柔性纤维辅助力流变抛光方法,利用非牛顿流体在剪切应力作用下的流变特性和柔性纤维的控流作用,对硬质合金刀片复杂形状刃口进行抛光。以刃口钝圆半径偏离值K为评价指标,用田口法分析抛光转速、纤维密度、纤维与刀片接触长度等工艺参数对刃口钝圆半径及其一致性的影响,并采用方差分析法评估各因素的权重,综合抛光参数对不同位置切削刃的影响,得到的最优工艺参数组合为纤维密度为200～250 根/cm2,接触长度为4 mm,抛光转速为55 r/min。在最优工艺参数组合下抛光10 min,7个切削刃的钝圆半径均能达到(50.0±5.0) μm的钝化要求,且其切削刃表面粗糙度R_a从(118.00 ± 10.00) nm降至(9.35 ± 0.75) nm,刃口完整无缺陷。      

刀具钝化参数对刃口累积能量影响的研究

刀具刃口钝化是磨粒对刀具刃口磨损的过程。刀具刃口累积能量是反应刀具刃口磨损量的重要因素,累积能量越大磨损量越大。文章基于离散元基本理论,根据刀具刃口钝化特点,采用离散元软件EDEM建立了刀具刃口钝化仿真模型,研究了钝化时间、钝化速度和钝化方向等钝化参数对刀具刃口累积能量的影响规律,为研究磨粒对刀具刃口的磨损提供依据。     

刃口钝化对PCD刀具铣削钛合金表面粗糙度与刀具寿命的影响

本文通过4种钝化值PCD刀具在不同切削参数下铣削钛合金试验,研究了刃口钝化对工件表面粗糙度与刀具寿命的影响。试验中使用触针式表面粗糙度仪检测工件表面粗糙度值,利用超景深显微镜观察刀具刃口磨损状况,并以刀具后刀面磨损量大于0.2 mm或刃口崩缺时的切削距离表示刀具寿命。结果表明:钝化PCD刀具铣削钛合金表面粗糙度大于未钝化PCD刀具,表面粗糙度随钝化值增大而增大;钝化PCD刀具铣削钛合金刀具寿命高于未钝化PCD刀具,刀具寿命随钝化值增大呈先提高后降低的趋势,当钝化值为15μm时,刀具寿命最高。     

磁力钝化参数对刀具非对称刃口的影响规律

基于磁力研磨原理,提出双磁盘磁力刀具钝化方法,并通过正交试验探究磁盘间距、磁盘转速、刀具转速和钝化时间对刀具刃口前、后刀面钝化量的影响规律,针对钝化对刀具表面质量的影响展开研究。结果表明：采用双磁盘磁力钝化方法制备的硬质合金立铣刀表面的磨削痕迹得到了有效去除,表面粗糙度沿磨削方向由0.235 μm降低至0.814 μm,垂直于磨削方向由0.313 μm降低至0.215 μm。     

丝锥刀具旋转磨粒流去毛刺和钝化抛光技术

目的 高效、低成本地消除丝锥、铰刀、钻头、铣刀等金属加工刀具磨削后产生的表面毛刺、亚表面烧伤等加工缺陷,实现刀具的高效钝化抛光。方法 基于磨粒流加工（AFM）技术,提出一种刀具旋转磨粒流抛光（R–AFM）原理和方法。通过模拟仿真方法获得优化的刀具运动轨迹,进一步研发可装夹40把刀具的多工位旋转磨粒流高效抛光专用设备;以高速钢丝锥为研究对象,选用新研制的GC磨料介质作为钝化抛光介质,采用正交实验设计法,通过极差分析和方差分析,探究工件转速、加工时间、磨粒粒径及磨粒质量分数等工艺参数对刃口钝圆半径的影响规律;再选用正交试验获得的工艺参数组合,采用自主研制的WS和GC磨料介质,分别对丝锥刀具进行钝化抛光试验,分析2种新型磨料介质的钝化抛光特性;最后,基于前面的实验结果和理论分析,优选刀具钝化抛光复合加工的工艺参数,并验证刀具的钝化抛光效果。结果 各工艺参数对刀具刃口钝圆半径的影响程度依次为刀具回转速度、钝化抛光时间、磨粒质量分数和粒度。高硬度的GC磨料介质具有材料去除率高、对刃口的钝化能力较强等特点。在保持切削刃锋利度的前提下,采用低硬度的WS磨料介质,其毛刺去除效果更好。采用优化的工艺参数...     

振动切削参数对纳米振动切削过程的影响

采用分子动力学的方法建立了金属钛的纳米振动切削模型,通过切削仿真研究了振动切削参数变化对整个振动切削过程的影响。研究发现:振动频率和振幅的增大会使接触率、切削力及切削温度的数值减小。切削速度增大会使接触率、切削力及切削温度升高,相比对切削力的改变,在切削速度小于100m/s的情况下对切削温度的影响效果更显著。刀具刃口半径的增大会使切削过程中已加工面的变质层厚度增加,表面粗糙度增大,切削力与切削温度的数值随刃口半径的增大而增加,当刃口半径跟切削厚度之比大于1时,背吃刀力及切削温度提升的速率更快。     

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。     

基于B样条曲线的刀具刃口形貌分析

在刀具的钝化中,鉴于刃口形貌前后的变化对钝化的研究影响重大,为此提出了基于B样条曲线的刃口形貌设计,并建立了铣刀刃口的数学模型,又通过实验数据进行了仿真分析。首先,对刃口形貌进行特征分析,分别使用线性和三阶曲线进行轮廓识别与建模,再由三维光学刀具测量仪测量不同组刀具的刃口轮廓;其次,使用立式旋转钝化机对刀具在不同时间条件下进行钝化,并再次测量钝化后的刃口轮廓;最后,针对实验所获得的刃口参数,基于所建立的数学模型在MATLAB下进行了仿真,仿真发现,钝化磨损量主要徘徊在[0.15μm,4.908μm]之间,平均钝化值趋于1.887μm,钝化时间对刀具刃口的磨损值呈直线上升趋势,且钝化磨损主要发生在切削刃与离切削刃较近的前/后刀面上,并又针对002号刀具的钝化磨损量过小进行了分析预测,使得B样条曲线能够对刀具钝化的研究提供可靠的数据支持。     

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。     

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。     

基于改进瞬时刚性力模型的机床铣削加工监测

针对用于切削力预测的瞬时刚性力模型所需参数较多且依赖初步切削实验的问题,提出一种不需要切削实验的新型切削力预测方法,实现在实际工厂中监测机床铣削加工过程。在斜角切削模型和正交切削理论的基础上,对传统的瞬时刚性力模型进行改进,减少切削力预测所需的切削参数。改进后的模型仅需在铣削操作开始时从测量的主轴电机扭矩得到的剪切角参数,无需任何额外的传感器就可以实现铣削力预测。在所提模型中,刀具跳动的影响可通过每个切削刃处的旋转半径偏差表示,以精确预测切削力。为验证该模型的有效性,进行切削实验。结果表明：切削力的预测值与实测值吻合较好,在实际加工过程中,无需任何实验铣削或任何额外的力传感器就可以准确了解机床加工状态。     

钛合金TA7铣削加工特性研究

TA7钛合金高强度和低热导率的特点使其成为典型的难加工材料。为了研究钛合金TA7的铣削加工特性,开展了钛合金TA7铣削实验,研究切削参数对TA7切削特性的影响规律。基于MINITAB分别建立了切削力、表面粗糙度与切削参数的回归模型,并分析了切削力、表面粗糙度、残余应力与切削参数的响应关系,揭示了切削参数对切削力时域和频域信号、已加工表面形貌与残余应力影响规律。