PCD刀具断屑槽参数仿生群算法优化北大核心

为提高PCD刀具使用寿命和Ti6Al4V钛合金工件表面质量,改善断屑效果,建立直线圆弧形断屑槽PCD刀具车削仿真模型,通过响应面法研究断屑槽参数(前角α、棱带长度L、曲率半径R)对切削力、刀尖温度和工件表面残余应力的影响,建立切削性能随断屑槽参数变化的二次多项式回归模型,应用方差分析和显著性检验验证模型的准确性。根据线性加权法,构建以切削力、刀尖温度和残余应力为目标的多目标优化模型,通过仿生群算法进行断屑槽参数优化。实验结果表明,PCD刀具断屑槽最优参数为前角α=30°、棱带长度L=0.1 mm、曲率半径R=0.42 mm。优化断屑槽参数后的PCD刀具能够有效降低切削力、刀尖温度和工件表面残余应力,改善断屑性能,形成规则的螺卷屑或长紧卷屑。     

交流磁化处理对硬质合金刀具切削性能的影响

为研究交流磁场对硬质合金刀具切削性能的影响,对YT5刀具进行磁场强化处理,通过正常工况下铣削不同磁属性材料,从铣削力、刀具摩擦磨损和工件表面质量3个方面分析了磁场影响规律。运用Kistler-9257B动态压电式测力仪测量铣削力的变化,并在扫描电镜(SEM)上观察了刀具的磨损形貌。结果表明,磁场强化处理对硬质合金铣刀加工铁磁性材料的工件表面质量具有优化作用,磁化处理减小了刀具的磨损,增大了切削力,工件表面质量有所提高。加工顺磁性材料时,铣刀的磨损减少,切削力基本不变,工件表面质量无明显提高。     

刀具断屑槽对切削过程影响的数值模拟

本文通过有限元法模拟切削过程,对硬质合金刀片断屑槽在切削过程中的影响做了研究。结果表明采用平滑的槽型曲面有利于降低主切削力;断屑槽能够降低轴向力和径向力,进而可以帮助提高加工精度和工件的表面质量。切削过程中,有断屑槽的刀片表面等温线分布集中,而没有断屑槽的刀片表面有多个最高温度区域且温度更高,不利于刀片的使用寿命。另外,有断屑槽的刀片所产生切屑的有效应力、有效应变更大,更适合于加工塑性好的材料。     

超精铣削用PCBN球头立铣刀

SSB200 PCBN球头立铣刀是日本日进工具公司的产品，用于高硬度工件的超精铣削加工。铣刀球头半径R的尺寸范围为R0．3～1．0mm，共6个规格，R精度在1．5μm以下。在球头切削部分的结合设计上，突破了原有PCBN刀具的设计思路，设计成兼备高精度、有容屑槽、无需倒棱即可防止崩刃的特殊形状。虽然SSB200为CBN类刀具，     

超声辅助TiAlN和TiAlSiN涂层刀具切削不锈钢性能的研究

研究了不同涂层铣刀在超声振动辅助作用下切削304不锈钢的切削性能,如磨损情况、刀具寿命、工件表面质量以及切削力。分别采用未涂层、TiAlN、TiAlSiN涂层铣刀结合超声刀柄进行铣削实验;对比研究不同影响因素耦合下的切削性能;采用超景深三维视频显微镜表征刀具后刀面磨损情况;采用粗糙度测量仪测试工件表面粗糙度;采用扫描电镜观察工件的表面形貌;采用kistler测力仪测量切削力。结果表明:TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下,磨料磨损速度最慢,铣刀使用寿命最长(走刀距离在45m左右),其寿命是无超声振动辅助无涂层铣刀寿命的11.25倍。TiAlN涂层铣刀在超声振动辅助下加工304不锈钢工件的表面粗糙度最好;从无超声状态到有超声状态下加工,TiAlN涂层刀具加工时工件所受的切削力均略小于TiAlSiN涂层刀具加工时工件所受的切削力。     

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。     

高效7槽立铣刀

Helical Solution LLC公司开发的HSF-7型7槽立铣刀可用于钢和特殊合金材料的精加工。这种铣刀采用了亚微米晶粒硬质合金刀具材料（可涂覆TiCN或AlTiN涂层）和大螺旋刀槽设计,可实现高速、大进给的圆周铣削、斜坡铣削和螺旋插补铣削。据称,该铣刀的加工效率可比4槽立铣刀提高75％,比5槽立铣刀提高40％。     

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。     

碳纤维复合材料铣削与磨削加工对比研究

使用单层钎焊金刚石磨头和金刚石涂层玉米铣刀对T800碳纤维增强环氧树脂复合材料层压板进行切边加工,研究铣削加工和磨削加工工艺对碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)表面质量的影响。通过对加工表面微观形貌的观察和表面粗糙度的测量对比,讨论2种加工方式下表面质量差异和缺陷形成的原因。结果表明:磨削加工的表面质量优于铣削加工的表面质量,铣削加工后CFRP表面会出现凹坑和树脂涂覆等缺陷,但磨削加工的表面纤维断口清晰可见,无明显缺陷。铣削工艺下的凹坑是纤维集束断裂而形成的,树脂涂覆是由刀具后刀面与工件材料的频繁挤压、摩擦而形成。在表面质量和加工缺陷要求严格的条件下,应优先选用磨削加工工艺。      

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。     

球头铣刀曲面加工的铣削接触区域建模

机械加工中,铣削力源于刀具与工件在铣削接触区内的相互作用,因此确定铣削接触区域是研究铣削力的基础。针对球头铣刀曲面加工,提出了一种铣削接触区域建模方法。通过定义瞬时加工坐标系和瞬时刀具坐标系,参数化描述曲面加工中球头铣刀与工件之间的相对位姿关系和铣削接触状态。分析了铣削接触区域边界的形成原理,应用解析和数值的方法对边界曲线进行快速求解,建立了铣削接触区域边界曲线模型,并通过加工试验和仿真实例对模型进行验证。结果表明,铣削接触区域边界曲线模型能够高效准确地描述球头铣刀曲面加工中的铣削接触区域。     

TiN和TiAlN涂层刀具铣削铝锂合金表面质量试验对比研究

目的 比较TiN和TiAlN涂层刀具加工铝锂合金的切削性能和表面质量。方法 使用硬质合金、TiN涂层和TiAlN涂层三种刀具,对2198-T8型铝锂合金进行干式铣削试验。改变切削因素的水平,比较刀具磨损、铝锂合金的表面粗糙度、切削力和切屑形态。结果 铣削铝锂合金时,刀具主要磨损为粘附磨损,TiN涂层的粘附程度最低,硬质合金次之,TiAlN涂层表面粘附最严重,切削效能最低。粘附磨损严重影响铣削成形的表面粗糙度,并使铣削力增加。铣削速度是影响工件表面粗糙度的主要因素,通过提高铣削速度可明显降低材料的粘结程度,降低表面粗糙度与铣削力,TiN涂层在铣削铝锂合金时最小表面粗糙度可达到0.5 μm以下。在相同的切削参数下,TiN涂层断屑均匀,切屑表面较为光滑,切屑塑性变形最小。硬质合金刀具产生的切屑尺寸较短,切屑表面有少量带状条纹,TiAlN涂层刀具产生的切屑发生了严重的塑性变形。结论 与TiAlN涂层和硬质合金刀具相比,TiN涂层刀具在铣削铝锂合金时的切削效能最好,可以达到最好的表面粗糙度和加工效果。     

五轴球头铣削加工表面三维形貌分析

基于五轴球头铣削加工过程中刀具偏离对工件表面形貌产生的影响,提出一种五轴球头铣削加工表面形貌预测和粗糙度分析模型。该模型结合铣削工艺参数如切削槽数量、进给速度、切削深度以及偏心率和刀具径向跳动产生的影响对表面形貌和粗糙度参数质量(平均粗糙度和均方根粗糙度)进行预测,同时模拟加工中刀具引导角和倾斜角对加工表面质量的影响。最后通过在不同切削条件下进行五轴球头铣削试验,验证了所提出的表面形貌预测模型的有效性。     

内冷式车刀的断屑试验研究

为了提高车刀切削性能,讨论了内冷式车削对难加工材料断屑的影响。其加工过程是:高压切削液从刀具内部通过,从前刀面高速喷出,对切屑形成强大的冲击力,以达到断屑的目的。实验结果表明:内冷式车刀能够达到断屑的目的,并使得工件的加工精度和表面质量得以大幅度提升。     

切削加工强制断屑方法的研究与应用

通过列举机械加工行业目前常用的几种切削加工断屑工艺,并结合典型实例进行分析,找出各工艺方案存在的缺点与不足.对于那些韧性好、难断屑的材料在进行低速切削加工时,断屑则成为一个十分棘手而又难以解决的问题.如何通过改进断屑方法来提高工件加工的表面质量和刀具的使用寿命,这是文章所要讨论和解决的问题.     

波形刃铣削刀片的磨损特性实验研究

本文通过调质45钢的铣削加工实验,对比研究了波形刃铣削刀片和直线刃铣削刀片的磨损特性,分析了铣削过程中刀具磨损对铣削力的影响规律;利用影像仪和扫描电子显微镜对磨损后的刀片进行观察,研究了两种刀片的磨损形态和磨损机理。实验结果表明:单齿铣削时,直线刃铣刀的铣削力和磨损值均小于波形刃铣刀;双齿铣削时,波形刃铣刀铣削性能优于直线刃铣刀,不仅单点铣削力小,而且具有良好的分屑及散热效果,铣削超过50 min后其磨损量约为直线刃铣刀磨损量的70%。波形刃铣刀多齿铣削具有良好的铣削性能。     

有限元仿真预测高温合金切槽刀具寿命的初步探讨

通过分析切槽刀具在切槽过程中的加工难点,结合难加工材料高温合金Inconel 718的材料特性,提出了一种新的刀具设计思路,设计了一种新断屑槽结构的切槽刀具,该断屑槽的特点是凸起部位由平滑过渡的曲面构成。对比刀片为市售国外同类产品是采用尖锐棱角构成的断屑槽。采用DEFORM软件对两种刀片进行有限元切削仿真和切削试验结果表明,新的切槽刀具的综合性能优于国外同类产品,且仿真评价与切削实验结果基本一致,说明采用有限元仿真预测不同方案的高温合金切槽刀具寿命的高低是基本可行的,可以初步应用到切槽刀具的结构设计中来。     

薄壁件铣削加工刀具几何参数优化

针对汽车检具薄壁件铣削变形问题,通过改变铣刀的几何参数建立铣削单因素和三因素四水平的正交实验。利用有限元软件AdvantEdge和ABAQUS分别对铣削加工过程和加工残余应力引起的变形进行仿真,研究不同的刀具几何参数对工件变形的影响。采用田口法分析了刀具几何参数对加工变形的综合影响程度。结果表明:刀具后角对工件加工变形影响的最为显著,螺旋角次之,前角最不显著;获得AA5083铣削的铣刀刀具几何参数组合。通过实验对优化后的刀具几何参数的正确性进行验证,证明该方法是检具薄壁件加工中刀具几何参数优化选择的一种有效的方法。     

论刀具磨损量与断屑槽断屑的关系

本文通过实验研究和理论分析,讨论了前、后刀面磨损量对断屑槽断屑效果的影响及断屑槽槽形与磨损量的关系,还讨论了改变槽形以减少磨损量、提高刀具寿命并达到最佳断屑效果的断屑槽的设计原则。图4幅。     

基于复制测量法的球头立铣刀磨损预测研究

论文提出一种测量球头立铣刀磨损量的复制测量方法并分析该方法的误差。以铣刀径向磨损量为研究对象进行刀具磨损试验,找出铣削参数对刀具磨损的影响规律,得出径向磨损量增量与铣削参数的铣刀磨损模型和刀具寿命经验公式,并通过试验验证磨损模型具有较高精度,可用于磨损量预测。