金刚石刀具振动切削颗粒增强金属基复合材料的切削机理研究

金属基复合材料(MMCs)具有强度高、密度小的特点,可广泛应用于航空航天和汽车领域,但是这种材料的难加工特性限制了其进一步推广。采用超声振动切削可以降低切削力和切削热效应,对于难加工材料和难加工零件的精密加工具有特效[1]。本文采用金刚石刀具进行切削试验,对超声振动切削金属基复合材料的切屑形态、切屑变形系数和剪切角、切削表面微观形貌与粗糙度、加工表面残余应力及刀具磨损等几方面进行了深入的研究,并与非振动切削方法进行了对比。     

金刚石刀具几何参数对已加工表面残余应力的影响

针对微米级切削深度的超精密车削中金刚石刀具几何参数对已加工表面残余应力的影响,采用有限元的方法,建立超精密车削的有限元仿真模型,对硬铝合金的超精密车削过程进行模拟。对车削过程的切削力和切削温度进行分析。采用不同的刀具几何参数进行有限元仿真,得到刀具前角、后角和钝圆半径对已加工表面残余应力的影响和分布规律,为超精密车削中残余应力的控制提供仿真依据。     

粗粒度人造多晶金刚石用作超精切削加工刀具材料的可能性

用粗粒度的人造多晶金刚石刀具进行车削试验．从理论和实验两方面对此种刀具切削形成超精密加工表面的机理进行了研究，提出了＂微量切削过程中．人造多晶金刚石刀具多点切削、单点成形＂的观点。在与天然单晶金刚石刀具的切削试验结果以及天然单晶金刚石刀具超精切削加工生产条件进行对比之后，验证了粗粒度人造多晶金刚石用作超精切削加工刀具材料的可能性。     

SPDT超精密切削时切削变形与切削力的研究

研究了超精密切削时，单晶金刚石刀具与工件间的摩擦系数、刀具锋锐度、切削厚度等对切削变形系数、切削力及加工表面质量的影响。作者认为在超精密切削时，要提烹加工表面质量，优选金刚石刀具的晶面方向、提高金刚石刀具的锋锐度是十分重要的，在超精密切削单晶材料时，工件晶面的选择也是十分重要的。     

不分离型超声椭圆振动切削试验研究

超声椭圆振动切削在分离切削区能够有效地降低切削力、抑制加工过程颤振、提高零件表面加工质量和延长刀具的使用寿命,为此已成功地应用于精密和超精密加工领域.为更充分发挥超声椭圆振动切削技术的优势,拓宽其应用领域,在深入分析椭圆振动切削过程和表面微观形貌形成机理的基础上,通过具体的切削试验验证超声椭圆振动切削在不分离区仍然具有降低切削力、抑制加工颤振、降低已加工表面粗糙度等优势特性.同时,不分离型超声椭圆振动切削的加工效率是分离型椭圆振动切削的2～3倍,进一步提高超声椭圆振动切削的加工效率.但是,这些特性在不分离切削区随着速度系数的增加而逐渐减弱,当速度系数大于3以后,这些切削优势特性基本消失.     

椭圆振动切削的表面残余应力有限元模拟研究

基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)网格划分方法建立了椭圆振动切削有限元仿真模型,模拟了椭圆振动切削过程中切削力的变化规律,并将模拟获得的切削力平均值与相同工艺参数下Kim等人[1]所做的超声椭圆振动切削V型槽实验获得的切削力平均值比较,验证了有限元模型的正确性。利用建立的二维有限元模型模拟了椭圆振动切削和普通切削表面残余应力的分布情况,对比结果表明,采用椭圆振动切削的工件已加工表面在一定深度内形成了分布均匀的表面残余压应力,而普通切削情况下工件已加工表面并没有形成有效的残余压应力,从而预测了椭圆振动切削不仅能够降低切削力、延长刀具使用寿命,还对提高工件表面完整性、增强疲劳寿命和抗腐蚀能力等具有显著的作用。     

SiC_p/Al复合材料的超精密车削试验

试验研究了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的超精密车削加工性能.使用扫描电镜(SEM)对已加工表面、切屑及其根部、刀具前/后刀面磨损带进行观察,使用表面粗糙度轮廓仪对各种切削条件下的加工表面粗糙度轮廓进行测试分析.结果表明,该材料的加工表面常残留微孔洞、微裂纹、坑洞、划痕、残留物突起及基体材料撕裂等微观缺陷,刀具几何参数、切削速度、进给量、增强颗粒尺寸和材料体积分数是影响表面粗糙度的主要因素.由于切削变形区微裂纹动态形成的作用,超精密切削该材料时一般形成锯齿型切屑.刀具-工件的相对振动、基体撕裂增强颗粒拔出、破碎、压入等是该材料超精密车削表面形成的主要机制.单晶金刚石(SCD)刀具主要发生微磨损、崩刃、剥落和磨粒磨损,聚晶金刚石(PCD)刀具主要发生磨粒磨损和粘结磨损.结论表明SiCp/Al的超精密切削加工性较差,但通过选择合适的工艺参数,体积分数为15%的SiCp/2024Al加工表面粗糙度Ra可达24.7 nm.     

超精密车削表面粗糙度的控制与优化

金刚石车削是利用高精度机床与锋利的单晶金刚石刀具加工出尺寸精度高、表面完整性好的零件的一种金属加工技术。用回归分析的方法，根据金刚石车削铝合金的实验结果可以建立表面粗糙度预测模型，这种方法能够以较少的实验次数获得大量的加工信息。在一定条件下，利用优化设计软件可以实现切削参数的优选，用优选得到的最优切削参数组合进行超精密加工，能够获得超光滑加工表面。     

Ta-12W合金精密切削加工工艺研究

钽钨合金零件的传统制造方法为冲压或摆动碾压成型,其加工精度较低,需进行切削加工,以满足工业对钽钨合金零件的制造精度需求.钽钨合金属于难切削材料,尤其是高钨含量钽钨合金的切削性更差,实现其精密切削加工的难度较大.针对Ta-12W某零件,基于钽钨合金的性能分析,借鉴相关难切削材料加工工艺的实践经验,从刀具设计、装夹定位方法和切削参数选择与优化等方面进行了切削工艺试验,较为经济地实现了该合金零件的精密切削加工,满足工程应用中高钨含量钽钨合金零件的精密切削加工需求.     

Inconel 718合金超声振动切削质量与刀具寿命控制研究

超声振动切削UVC是解决难加工材料精细加工问题的理想方法。在对Inconel718合金同时进行UVC和传统车削法CT加工中,研究了切削参数（切削速度、进给量、切削时间）对刀具切削性能的影响。通过对刀具磨损、切屑形态和工件表面粗糙度的研究,发现在进行低速硬态切削时,UVC在切削表面质量和刀具寿命方面均优于传统车削加工。同时随着刀具－工件表面接触率TWCR的降低,刀具磨损和切削力随之降低,而工件表面质量和刀具寿命得到提高。     

超精密切削时刀具切削刃的作用机理分析

分析了金刚石刀具切削刃的切削作用、脆性材料超精密切削时切屑形成机理；对金刚石刀具切削刃钝圆半径、切削厚度、切削角三者之间的关系进行了描述。结果表明：脆性材料可以实现塑性域超精密切削加工；控制切削参数可以加工出满足要求的表面粗糙度和表面波纹度，为生产实际提供可靠的工艺条件及技术参数。     

SiCp/Al复合材料超声振动切削加工表面质量试验研究

对超声振动切削颗粒增强金属基复合材料SiCp／Al的表面物理机械性能主要是表面残余应力进行了试验研究．并与普通切削进行了时比分析。试验结果表明：超声振动切削表面产生残余压应力，能够提高工件的抗疲劳强度。超声振动切削SiCp／Al材料已加工表面残余应力大于普通切削该材料的表面残余应力，超声振动切削下表面残余应力随着切削速度的增大，残余压应力减小，但残余应力随切削深度的变化不大。     

超精密车削时切屑形成及表面微观形貌形成机理的研究

在亚微米级CNC超精密车床上进行了单晶金刚石刀具切削试验 ,根据试验结果分析了切屑形成机理和最小切削厚度与表面粗糙度之间的关系 ,建立了加工表面微观形貌的几何模型。研究结果表明 :通过计算最小切削厚度值可预测金刚石车削加工可获得的表面粗糙度值。     

金刚石精细切削黑色金属研究

一、前言金刚石切削加工技术作为超精密加工的重要组成部分，广泛用于有色金属及一些复合材料的加工。但金刚石不能加工黑色金属，原因在于金刚石是碳同素异性体，切削黑色金属时，两种材料的碳原子相互摩擦、渗透，形成很强的粘结力而粘结，最终刀具的粘结区被黑色金属粘附过去，出现点蚀，这种点蚀重复作用，使金刚石刀具产生严重磨损。由于实际应用中的精密零件，黑色金属及其合金材料占多数，一些传统的加工方法成本高，容易出现质量不稳定的现象，形状复杂的零件难以加工，为此，本文采用超声振动切削加工方法，对金刚石精细切削黑色金…     

激光超声复合加工硬质合金的切削特性研究

研究了激光加热与超声椭圆振动复合切削条件下,使用CBN(立方氮化硼)刀具对硬质合金材料进行精密加工的切削特性。利用有限元仿真,分析硬质合金材料在普通切削、一维超声振动切削、超声椭圆振动切削与激光超声复合切削4种切削方式下的切削力变化特征。采用超精密车床与YAG激光器、自主研发的超声振动装置等辅助设备,实验研究了激光超声复合精密加工硬质合金的切削特性。通过一系列的对比实验,分析切削参数,如切削速度、切削厚度,对切削力的影响规律。仿真与实验结果表明,由于加工材料的软化和断续切削,激光超声复合辅助加工显著地降低了切削力,硬质合金的切削加工性能得到显著改善,通过工艺参数的优化,可以实现硬质合金的精密加工。     

单点金刚石切削加工表面粗糙度的影响因素分析

本文研究了单点金刚石切削加工表面微观形貌形成机理,建立了圆弧刃金刚石刀具超精密加工表面微观形貌的理论模型,重点分析了主轴转速、进给量、刀尖圆弧半径和振动等因素对超精密加工表面粗糙度的影响。     

影响超精密车削表面粗糙度几种主要因素分析

论述了影响超精密车削表面粗糙度的几种主要因素,详细分析了刀具几何形状、最小切削厚度、不规则的金属变形、切削用量、振动等因素对加工表面粗糙度的影响,为超精密车削加工表面质量的控制提供了依据。     

金刚石刀具刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响

本文研究证明，超精密切削时，天然单晶金刚石刀具的刀刃锋锐度，对加工表面粗糙度有一定影响，对加工表面层的冷硬、晶格组织位错和残留应力等有很大影响。在对加工表面质量要求很高时，必须重视提高金刚石车刀刀刃的锋锐度。     

高频超声椭圆振动精密切削

研制了一种新型的工作频率为147.5kHz的超声椭圆振动换能器,进行了高频椭圆车削硬铝(LY12)的试验。试验结果表明,在精密切削中,同普通切削相比较,高频椭圆超声振动切削对表面粗糙度具有负面影响,但具有降低切削力和提高加工精度的特点,而同低频(20.5kHz)椭圆振动切削相比较,在相同条件下,可采用较高的切削速度,从而提高了工作效率。     

超精密车削表面质量影响因素及发展趋势研究

随着科技的进步,国家尖端技术和国防工业对超精密车削的需求量更大,对其加工产品的表面质量要求也越来越高。通过查阅大量文献资料,主要简述了刀具几何形状、刀具偏置、加工表面残余应力以及加工环境等因素对表面质量的影响,提出了超精密车削技术中存在的一些问题并进行了简要分析。对超精密车削的发展趋势进行预测,为超精密车削的发展提供一定的借鉴意义。