Numerical and Experimental Investigations on the Loads Carried by the Tool During Friction Stir Welding

A computational fluid dynamics (CFD) model is presented for simulating the material flow and heat transfer in the friction stir welding (FSW) of 6061-T6 aluminum alloy (AA6061). The goal is to utilize the 3-D, numerical model to analyze the viscous and inertia loads applied to the FSW tool by varying the welding parameters. To extend the FSW process modeling, in this study, the temperature-dependant material properties as well as the stick/slip condition are considered where the material at the proximity of the FSW tool slips on the lower pressure regions. A right-handed one-way thread on a tilted FSW tool pin with a smooth, concaved shoulder is, additionally, considered to increase the accuracy of the numerical model. In addition, the viscous and frictional heating are assumed as the only sources of heat input. In the course of model verification, good agreements are found between the numerical results and the experimental investigations.     

基于数控车削加工的刀尖圆弧半径补偿误差研究

针对数控车削复杂圆弧面零件时产生的形状误差问题,从单一象限圆弧面的刀尖圆弧半径补偿原理出发,分析出假想刀尖方位代码不一致是导致复杂圆弧车削时出现形状误差的原因,并在此基础上提出3种解决方法。     

颗粒流滴注润滑车削实验研究

为了解颗粒流滴注润滑的切削加工规律,在干切削、浇注润滑、颗粒流滴注润滑条件下,对45钢进行精、粗车削实验,比较试样的切削力、切削温度和粗糙度的差异,研究颗粒流滴注润滑对切削加工的影响。结果表明:颗粒流滴注润滑径向切削力小于浇注润滑,切向和轴向切削力和浇注润滑相差不大;颗粒流滴注润滑切削温度小于浇注润滑;颗粒流滴注润滑加工表面粗糙度小于浇注润滑。颗粒流滴注润滑可以代替浇注润滑,显著降低润滑液用量,具有环保性。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

数控车削误差反贴补偿实验研究

为发挥数控车床的加工工艺潜能、充分利用其自动控制功能,将切削变形误差量反贴到理想零件的轮廓上形成"误差零件", 并按"误差零件"编程修正切削变形误差,实现切削过程反向变形补偿的数控车削新工艺.实验结果表明,这种工艺可以将切削变形误差减少到原来误差的1/3～1/4.采用这种办法可修正由工件加工变形引起的误差,使车削变形误差可控,为发掘数控车床的加工能力提供新思路.     

Effect of Tool Wear on Roughness in Hard Turning

This paper attempts to make a contribution to wear estimation of CBN tools when turning hardened steels.It is well known that cutting edge geometry deteriorates with wear. Although many authors have considered tool wear process has a random nature, detailed tool examination has proved that wear has some deterministic features in these processes. Thus, plastic deformation exists in the early stages while gradual abrasion makes the cutting edge recede.On the other hand, it has also been found that there is a good replication of the tool on the roughness profile. Therefore, cutting edge state might be predicted with reasonable accuracy through roughness parameters. This strategy allows fast tool wear estimation by simple roughness measurements using a shop floor instrument.     

细长轴车削表面粗糙度实验与分析

为了明确加工状态及切削参数对细长轴类零件切削表面粗糙度的影响规律,通过刀具切削刃与工件表面形貌的几何映射关系,推导轴向截面的轮廓曲线方程,得出不同切削参数下的理论表面粗糙度值;对比分析不同加工状态、切削参数下细长轴切削表面粗糙度数据。结果表明：稳定切削时,细长轴工件的振动以主轴转频及其倍频为主,加工表面粗糙度受进给量影响最大,粗糙度随进给量的增大而增大,工件刚度较大时理论粗糙度与实测结果误差较小;当颤振发生时,工件振动信号中出现与其固有频率接近的高频振动成分,此时粗糙度理论预测结果与实测结果误差较大。理论模型中应充分融合工艺系统的振动信息,可进一步提高预测模型的精度与适用范围。     

机床运转状态下相对激振的动态性能研究

阐述了在机床运转状态下进行相对激振试验的方法及其原理,并利用此方法测定了K360A数控车床的动态特性,分析了机床的薄弱模态及其对机床性能的影响。同时,通过机床运转和静止两种不同状态下试验结果的对比分析,得出旋转状态下的动态测试能更准确地揭示影响机床加工性能的动力学本质。     

聚晶金刚石刀具磨削机理试验研究

本文通过观察聚晶金刚石（PCD）磨削表面的微观形貌及背散射立体像，研究了PCD材料的磨削机理。结果表明，在磨削过程中，PCD材料会产生冲击脆性去除、沿晶疲劳脆性地去除、沿晶疲劳脆性去除、疲劳点蚀脆性去除、热化学去除及机械热去除。其主次顺序取决于磨削工艺参数。因冲击脆性去除直接产生PCD刀具刃口锯齿缺陷，所以在磨削中应尽量减少这种去除。     

Ti6Al4V车削刀具磨损及切削力研究

Ti6Al4V是典型的难加工材料，切削效率低、刀具磨损严重严重，因此提高Ti6Al4V的加工效率和刀具寿命是急需解决的问题。作者对硬质合金刀具加工Ti6Al4V的切削力和磨损特性进行了实验研究。对三种不同刀具在干切削状态下车削Ti6Al4V切削力进行了试验，分析了切削力与切削速度、切削路程的关系，同时讨论了主偏角对TC4车削稳定性的影响。最后，对刀具的的磨损形态和磨损机理进行了研究。粘结、扩散、氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。     

硬态干式车削渗碳淬硬钢切削力试验研究

使用硬质合金刀具、陶瓷刀具对渗碳淬硬钢20CrMnTi进行干式车削试验,通过测量不同切削条件下切削力的值,得出了切削深度、进给量、切削速度对切削力的影响规律,建立了3个经验公式.试验结果还表明:加工渗碳淬硬钢和通用钢时,切削用量对切削力的影响规律基本相同.     

超磁致伸缩微驱动车削刀架及其可行性研究

针对现有的超磁致伸缩微驱动的车削刀架存在输出位移小、稳定性差等问题,设计一种应用于主动控制车削颤振车削刀架的新型超磁致伸缩驱动器(GMA)。基于ANSYS仿真软件探究开闭合磁路状态下GMM棒磁场强度以及分布情况,并搭建GMA动态位移特性测试系统研究电流频率和预压力大小对GMA输出特性的影响。研究结果表明：闭合磁路状态通过GMM棒的平均磁场强度更高且均匀性较好;在预压力一定时,GMA的动态输出位移峰峰值与输入电流频率呈负相关;在预压力为300 N时,GMA的动态输出位移峰峰值达到最大值为45μm。仿真和实验结果说明所提出的新型GMA可以稳定输出动态位移,满足主动控制车削颤振的激励频率及最大动态输出位移的需要,所设计的超磁致伸缩微驱动车削刀架是完全可行的。     

圆刀片车削钛合金TC21的刀具耐用度试验研究

TC21是一种高强高韧损伤容限型钛合金,广泛地使用在航空航天等领域。采用圆刀片进行了车削TC21的刀具耐用度试验,分析了切削参数对刀具耐用度的影响规律,并宏观分析了刀具失效形态,为圆刀片刀具在钛合金TC21切削中的推广应用提供了参考。     

车削残余应力时间效应的实验研究

为掌握切削残余应力随时间而变化的规律,以不同热处理的40Cr合金为实验材料,进行不同条件下的车削实验,然后观察和分析试样残余应力、粗糙度和直径随时间变化的规律。结果显示:加工完成后,最大切削残余应力随时间增加而趋向于减小,但变化幅度均随时间增加而逐渐减小,最后趋向于停止变化;切削残余应力层的厚度随时间增加而变小,但最大拉应力及最大压应力的位置不随时间而改变;切削残余应力变化对工件尺寸及粗糙度的影响可以忽略不计。     

钻孔刀架在数控车削加工中的运用

设计钻孔刀架,可自动完成钻中心孔、钻小孔、扩孔、铰孔、攻丝等多个工序,大大提高了加工精度和效率,实现了普通数控车床上带中小孔类零件的全自动加工。     

PCBN刀具硬态车削的磨损机制研究

PCBN刀具用于高速切削、硬态切削、干切削以及加工自动化和难加工材料等先进切削工艺时显示出了卓越的性能,为了推动PCBN刀具在我国的推广使用,充分发挥PCBN刀具的潜能,有必要对PCBN刀具切削过程中的行为规律进行研究。目前国内外已经有很多这方面的研究报道,本文旨在对前人已进行的工作进行一个系统的总结,以期能得到PCBN硬态车削时的主要的磨损机制。     

车削材料对刀具振动特性影响的试验研究

采用两种试验方案分别对相同直径的铝棒和尼龙棒进行相同车削参数的车削试验,利用嵌入式振动信号分析仪及压电加速度传感器,拾取刀杆表面的振动信号,通过频域分析,得到了两种车削试验方案中各个振动信号最大自功率谱密度的均值ρ随车削参数的变化规律。研究表明:保持主轴转速及背吃刀量不变,随着进给速度的增加,车削铝棒时的均值ρ减少而车削尼龙棒时的均值ρ增大,使得较高进给速度下车削尼龙时的均值ρ反而高于车削铝棒。较低进给速度下,车削铝棒时刀具表面的振动比车削尼龙棒时的振动强烈,其均值ρ是车削尼龙棒时的4.02倍;保持进给速度及背吃刀量不变时,随着主轴转速的增加,相应于两种材料的车削振动均值ρ先增加后减少。转速少于700 r/min时,铝棒的ρ值增加缓慢,尼龙材料的ρ值迅速增加,并超过铝棒;主轴转速较低时,车削铝棒比车削尼龙棒所引起的车削振动剧烈。转速超过700 r/min时,两种车削材料相应的ρ值均降低,最后均值ρ趋于一致。     

陶瓷刀具断续车削淬硬钢失效形态研究

采用Al_2O_3/Ti(C,N)陶瓷刀具进行淬硬钢的断续车削正交试验,对不同切削速度下刀具的失效形态进行了对比。结果表明,低速时,刀具的失效形态主要是崩刃和前刀面剥落,疲劳破损影响较小。随着切削速度的增加,疲劳破损对刀具的影响逐渐增大。高速时,疲劳裂纹扩展引起的破损成为刀具主要失效形式。在不同切削速度下,刀具内部的应力水平不同,导致裂纹扩展速率及裂纹方向有所差异,疲劳特征则表现出不同形式。低速时疲劳特征表现为疲劳条带,而高速时的疲劳特征通常为疲劳弧线。