陶瓷基复合材料旋转超声加工特性研究

针对陶瓷基复合材料加工方法的优势和不足,采用旋转超声加工方法对陶瓷基复合材料进行加工,完成旋转超声加工方法与传统加工方法的对比试验。试验表明,钻削力随着主轴转速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;扭矩随着主轴钻速的增加而减小,随进给速度的增加而增加;工件表面粗糙度随着主轴转速和进给速度的增加先降低后增加。超声加工方法获得的钻削力、扭矩和表面粗糙度均优于传统加工方法。     

高速铣削P20模具钢复杂曲面粗糙度试验研究

应用硬质合金球头铣刀对P20（3Cr2Mo）模具钢进行了高速铣削精加工试验,研究了加工参数（包括主轴转速、每齿进给量和径向进给量）对曲面粗糙度的影响情况,分析了不同加工路径下粗糙度的形成机理。研究结果表明,高速条件下,主轴转速对加工表面粗糙度的影响不明显;每齿进给量和径向进给量对纵向和横向粗糙度的影响呈线性增加关系;为得到较小的粗糙度值,走刀路径应选择被加工曲面曲率半径变化大的方向为进给方向。     

基于正交试验的铝合金行切加工表面粗糙度研究

行切是航空结构件数控加工中的常用工艺方法,本文对铝合金航空结构件数控铣削过程中应用牛鼻铣刀行切加工零件表面特征的现象展开试验。针对不同切削线速度及每齿进给量对表面粗糙度的影响进行对比分析,试验结果显示,表面粗糙度不随理论残留高度的增加而增加,而是维持在一定范围;行距的增加并不会明显降低表面粗糙度;在该试验条件下优先选择较高的切削线速度及较低的每齿进给量能保证较好的表面粗糙度。     

基于正交试验的淬硬模具钢球头铣削加工表面粗糙度研究

采用正交试验法研究整体硬质合金球头铣刀铣削加工淬硬模具钢Cr12Mo V时切削参数对零件加工表面粗糙度的影响。设计了以主轴转速、每齿进给量、径向切深、侧偏角和前倾角为主要因素的5水平5因素正交试验,通过极差分析和方差分析方法研究了切削参数对表面粗糙度的影响规律,明确了主要影响因素。结果表明:表面粗糙度随每齿进给量和径向切深的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,随侧偏角和前倾角的增大呈现出先减小后增大的趋势,各因素的影响程度从大到小依次为每齿进给量、径向切深、主轴转速、侧偏角、前倾角。     

金刚石飞切加工微结构表面的工艺参数优化

为了获得具有纳米级表面质量的微结构表面,利用‘Nanosys-300'超精密复合加工系统实现了微结构表面的三维金刚石飞切加工,研究了主轴转速、进给量以及背吃刀量对微结构表面粗糙度的影响.理论分析表明,金刚石飞切加工微结构时理论表面粗糙度沿法线方向并没有变化,而沿进给方向存在着周期变化.减小进给量和金刚石飞刀前端角或增大切削半径可以降低理论粗糙度值.实验分析表明,表面粗糙度值Ra随进给量的增加而增加,主轴转速对Ra影响不大.切削聚碳酸酯(PC)时,在5～40 μm Ra随背吃刀量的增加而增加;而切削铝合金(LY12)时,在2～10 μm Ra随背吃刀量的增加而减小.实验中Ra最好可达38 nm(LY12)和43 nm(PC).最后,利用优化工艺参数加工出了微沟槽阵列和微金字塔矩阵微结构.     

金刚石飞切加工微结构表面的表面粗糙度研究

为了获得具有纳米级表面质量的微结构表面,利用‘Nanosys-300’超精密复合加工系统实现了微结构表面的三维金刚石飞切加工,研究了主轴转速、进给量以及背吃刀量对微结构表面粗糙度的影响。通过对理论表面粗糙度分析可知：金刚石飞切加工微结构时理论表面粗糙度沿法线方向并没有变化,而沿进给方向存在着周期变化。减小进给量f和金刚石飞刀前端角ε或增大切削半径可以降低理论粗糙度值。实验分析结果表明：表面粗糙度值Ra随进给量的增加而增加,主轴转速对Ra影响不大。切削PC时,在5μm-40μm范围内,Ra随背吃刀量的增加而增加;而切削LY12时,在2μm-10μm范围内,Ra随背吃刀量的增加而减小。实验中Ra最好可达38nm（LY12）和43nm（PC）。最后利用优化工艺参数加工出了微沟槽阵列和微金字塔矩阵微结构。     

密齿硬质合金涂层刀具铣削TC4钛合金试验研究

利用单因素试验方法进行了密齿硬质合金涂层刀具铣削TC4钛合金试验,研究每齿进给量和切削速度对切削力、切削温度、加工表面粗糙度以及切屑形态的影响。结果表明:切削方向分力F_x、刀轴方向分力F_z随每齿进给量的增大而增大,进给方向分力F_y随每齿进给量的增加变化不大;切削速度小于75m/min时切削力随切削速度的增加下降较为明显;切削速度超过75m/min时切削力变化不大;切削温度受每齿进给量影响较大,且影响程度随进给量的增加而逐渐减小;随着每齿进给量f_z的增大,加工表面粗糙度值先减小后增大;在每齿进给量高于0.04mm/z时,密齿铣刀铣削TC4钛合金得到的切屑为螺卷状,且随每齿进给量的增加,切屑的曲率半径减小,随切削速度的增大,螺卷状切屑的螺距减小。     

高速侧铣参数对7050-T7451铝合金表面粗糙度的影响

为提高航空结构件加工效率和表面质量,通过单一铣削参数实验,研究采用两种硬质合金刀具在高速铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、径向铣削深度、铣削进给速度等切削参数以及加工方式(顺铣、逆铣)对表面粗糙度的影响.分析表明:表面粗糙度随刀具尺寸和径向切深增大而增加,在铣削进给速度增加趋势下仅有较小波动,不受主轴转速直接...     

金刚石磨头刀具磨铣加工对高体份SiCp/Al复合材料加工表面质量的影响

针对高体份SiCp／Al复合材料,采用佥刚石磨头刀具磨铣切削的加工方法,研究了高速磨铣加工中机床主轴转速、工件进给速度及背吃刀量对材料加工表面形貌损伤以及表面粗糙度的影响规律。研究表明,机床主轴转速的提高、工件进给速度的减小都能够减小材料表面形貌的损伤情况,改善加工表面粗糙度质量：背吃刀量的改变对材料表面形貌损伤以及表面粗糙度的影响不大。     

公转半径影响大螺距螺旋铣削钛合金制孔研究

为更好提高大螺距螺旋铣孔加工性能,通过对公转半径影响螺旋铣孔的理论分析,尝试调整刀具公转半径的大小,对大螺距螺旋铣削Ti6Al4V钛合金进行了"一刀多孔"和"多刀一孔"制孔试验。理论分析和试验结果表明,孔口直径和孔壁粗糙度均与刀具公转半径密切相关。试验分析发现,"一刀多孔"加工时,在同一公转半径下,出入口孔径随自转转速提高先减小后增大,随周向每齿进给量和轴向进给螺距增大而减小;孔壁粗糙度随自转转速、周向每齿进给量和轴向进给螺距增加均呈递增趋势,其中自转转速和轴向进给螺距都比周向每齿进给量影响显著。不同公转半径之间,公转半径与自转转速、周向每齿进给量、轴向进给螺距的叠加影响,对孔径的作用效果并不确定,而使孔壁粗糙度明显减小。"多刀一孔"加工时,出入口孔径和孔壁粗糙度均随公转半径增大而减小。     

超高强度钢高速铣削表面完整性实验研究

为了研究超高强度钢高速铣削过程中铣削参数对表面完整性的影响,本文基于正交实验法,采用涂层硬质合金刀片对16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢进行了高速铣削实验。分析了铣削速度、每齿进给量和铣削深度对三维表面粗糙度、表面残余应力和表面显微硬度的影响规律,并对铣削参数进行了优化。结果表明:三维表面粗糙度随铣削速度和每齿进给量增大而增大,随铣削深度的增大,呈现出先增大后降低的趋势;两个方向表面残余应力随铣削速度和铣削深度的增大而升高,垂直进给方向残余应力σ_y随每齿进给量的增大而升高,而沿进给方向残余应力σ_x呈现出先增大后降低的趋势;表面显微硬度随铣削速度υ_c的增大变化不大,随每齿进给量f_z和铣削深度a_p增大而降低;每齿进给量f_z对表面完整性影响最大;兼顾表面完整性和加工效率,最优铣削参数组合为:υ_c为150.7 m/min,f_z为0.02 mm/z,ap为1.0 mm。     

旋转超声钻削的切削力数学模型及试验研究

通过分析硬脆材料脆性断裂去除机理和旋转超声加工特点,确定旋转超声加工时单颗磨粒的切削时间、切削深度、切削速度及切削轨迹长度,建立旋转超声恒进给率钻削硬脆材料的切削力数学预测模型。光学玻璃加工试验研究表明,切削力随进给速度的增大而增大,随主轴转速的提高而减小;在高进给速度条件下,切削力对主轴转速的变化更为敏感,在低主轴转速条件下,切削力对进给速度的变化更为敏感;从而很好地验证了已建立的切削力数学预测模型。旋转超声加工和普通加工的对比试验表明,旋转超声钻削加工可以有效降低切削力,一定程度上减小出孔崩边尺寸,从而提高加工效率、降低加工成本。根据旋转超声加工的表面粗糙度值略高于普通加工,提出硬脆材料脆性断裂去除时磨粒实际切削深度决定加工表面粗糙度的判断。     

低频振动钻削工程陶瓷孔壁粗糙度试验研究

Al₂O₃陶瓷是一种典型硬脆材料,采用普通钻削制孔方法很难保证良好的表面质量,而低频振动钻削可显著改善加工效果。将轴向振动应用于工程陶瓷钻削,运用单因素试验法,设计传统钻削(TD)与低频振动钻削(LFVD)的对比试验,以加工后孔壁粗糙度值作为评价加工质量的指标,对低频振动钻削和传统钻削对钻削质量的影响规律进行了研究;并进一步探究了低频振动钻削的振幅、进给速度、主轴转速对钻削质量影响的规律。结果表明：相比于传统钻削加工,低频振动钻削加工能够提高钻削质量;孔壁粗糙度随低频振动钻削加工振幅、主轴转速的提高而减小,随进给速度的提高而增大;传统钻削的主轴转速和进给速度对孔壁粗糙度的影响与低频振动钻削的规律相似。     

Si_3N_4陶瓷超声振动铣磨加工表面粗糙度的数学模型

为了探索Si_3N_4陶瓷超声振动铣磨加工中影响加工面表面粗糙度的因素及影响规律,分析了超声振动铣磨头磨粒的运动轨迹,在此基础上建立了加工面表面粗糙度的数学模型;采用该模型对Si_3N_4陶瓷超声振动铣磨加工面表面粗糙度进行了预测,并对预测结果进行了试验验证。结果表明:主轴转速、进给速度、磨削深度和超声振幅对Si_3N_4陶瓷加工面表面粗糙度的影响程度由大到小依次减弱;表面粗糙度随主轴转速的增加迅速下降,随磨削深度和进给速度的增加而增大,随振幅的增加呈下降趋势;当Si_3N_4陶瓷主要以塑性方式去除时,其加工面表面粗糙度的试验结果和预测结果具有较好的一致性。     

铣削加工对表面粗糙度的影响研究

采用单因素试验和正交试验对铣削加工参数的设定进行表面粗糙度研究,分析了单一铣削参数对表面粗糙度的影响规律,结果表明:在一定铣削参数范围内,铣削深度越小表面粗糙度值越大,表面粗糙度随着铣削深度的增加而降低。通过正交实验的极差分析得出影响表面粗糙度的主次影响顺序:铣削深度影响最为显著、主轴转速次之、每齿进给量较次之和径向切宽影响最小。通过minitab统计学软件,分析了两参数因素之间的交互作用对表面粗糙度的影响,其中主轴转速和铣削深度的相互作用对表面粗糙度的影响较大。在低速铣削范围内,得出高转速、大的切深和小的每齿进给量对提高表面粗糙度非常有利。     

小角度螺旋槽钻头加工复合材料的模拟研究

针对碳纤维复合材料制孔时易产生毛刺、撕裂、分层等难题,首次提出了一种螺旋角为10°且顶角为83°的小角度螺旋槽钻头加工碳纤维复合材料的方法,并进行了钻削过程的有限元模拟分析.给出了主轴转速、进给速度、钻头几何角度等对加工过程中产生的钻削轴向力的影响,对比分析了两种钻头加工碳纤维复合材料的轴向力和加工出口质量.结果表明:复合材料的钻削轴向力受主轴转速的影响大于进给速度,并随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大而增大;同时,小角度螺旋槽钻头加工碳纤维复合材料时产生的轴向力小于麻花钻,破坏区域小,加工质量好,更适合碳纤维复合材料的制孔加工.     

高速铣削超高强度钢的切削力及表面粗糙度研究

选用涂层硬质合金刀具对300M超高强度钢进行高速铣削试验,通过单因素试验和多因素正交试验法,得出铣削参数(主轴转速、每齿进给量、铣削深度)对切削力及表面粗糙度的影响规律及主次关系。对正交试验结果做最小二乘法分析,建立切削力及表面粗糙度与铣削参数之间的经验模型;对经验模型的回归方程及系数做显著性检验,并对其进行参数优化,得出铣削参数的最优组合。结果表明:主轴转速和铣削深度对切削力的作用较大,而每齿进给量对其影响相对较弱;每齿进给量对表面粗糙度作用最强,铣削深度次之,主轴转速对其作用最弱。     

铣削表面粗糙度在线监测与加工参数的自适应优化

针对实际加工中工件与刀具之间的无规律振动而导致零件表面粗糙度不受控制的问题,提出了一种融合在线监测和自适应加工的方法.以主轴转速、背吃刀量、进给速度以及工件振动量为特征,基于XGBOOST算法对表面粗糙度进行回归分析,建立表面粗糙度的预测模型;在加工中对工件振动量进行实时采集,结合主轴转速、背吃刀量、切削速度和进给量建立实时表面粗糙度在线监测系统;当预测结果超出警戒值时,系统自动对切削参数背吃刀量、切削速度和进给量进行优化,进而减小工件振动,从而保证被加工零件的表面粗糙度.与传统的先加工后测量的方法相比,提出的方法实现了在加工的同时进行预测、分析与切削参数的自适应优化,有效地控制了被加工零件的表面粗糙度.     

铣削表面粗糙度在线监测与加工参数的自适应优化

针对实际加工中工件与刀具之间的无规律振动而导致零件表面粗糙度不受控制的问题,提出了一种融合在线监测和自适应加工的方法.以主轴转速、背吃刀量、进给速度以及工件振动量为特征,基于XGBOOST算法对表面粗糙度进行回归分析,建立表面粗糙度的预测模型;在加工中对工件振动量进行实时采集,结合主轴转速、背吃刀量、切削速度和进给量建立实时表面粗糙度在线监测系统;当预测结果超出警戒值时,系统自动对切削参数背吃刀量、切削速度和进给量进行优化,进而减小工件振动,从而保证被加工零件的表面粗糙度.与传统的先加工后测量的方法相比,提出的方法实现了在加工的同时进行预测、分析与切削参数的自适应优化,有效地控制了被加工零件的表面粗糙度.     

钨钢涂层钻头钻削QT700-10的钻削力及质量研究

QT700-10球墨铸铁具有良好的减振性和自润滑功能,抗压和抗拉能力强于灰铸铁,但是QT700-10的塑形和韧性比钢低很多,可加工性不高。为了研究QT700-10的钻削力和加工质量,设计正交试验,使用硬质合金钨钢涂层钻头钻削QT700-10工件。利用极差分析方法,对钻削合力及孔圆度误差进行影响因素评价。影响钻削合力的因素依次为每齿进给量>钻头直径>主轴转速;影响孔圆度误差的因素依次为每齿进给量>主轴转速>钻头直径。钻头的主要磨损形式是黏结磨损,10mm钻头的磨损宽度最大。综合考虑钻削合力、孔圆度误差和钻头磨损后,提出QT700-10的钻削加工关键参数组合为：钻头直径为8mm,主轴转速为3000r/min,每齿进给量为0.18mm/r。