A GENERIC MECHANICS OF CUTTING APPROACH TO PREDICTIVE TECHNOLOGICAL PERFORMANCE MODELING OF THE WIDE SPECTRUM OF MACHINING OPERATIONS

ABSTRACT

The need for quantitatively reliable predictive models for the many technological machining performance measures to optimize the economic performance of machining operations, and to design machine tools and cutting tools that enhance this economic performance, has been highlighted. Also highlighted is the formidable task of establishing the required quantitative technological performance data and equations, and the gap between theory and practice. The development and generic nature of the “unified or generalized mechanics of cutting approach” to technological performance prediction for the wide spectrum of machining operations is presented and discussed in this paper. Suggestions for overcoming some practical difficulties and extending the scope of this predictive modeling approach are also considered.     

磨料水射流切割质量的参数化模型

作为一种新型的冷态高能束切割技术,磨料水射流(AWJ)以其独特的优点得以广泛应用,但其本身的技术特性使得切割质量存在不足。本文从能量角度分析了AWJ切割质量的影响因素,结合实验数据采用回归分析方法建立了AWJ切割质量与工作压力、切割速度、磨料流量的半经验模型,能够可以满足工程需要。为AWJ切割工艺参数优化选择及切割质量的评价、分析提供了理论基础。     

基于淹没环境的超高压后混合磨料水射流切割试验研究

利用超高压水射流切割试验系统,在80～280MPa压力范围内进行淹没磨料水射流切割试验研究,通过试验及数据分析,验证了后混合淹没磨料射流切割的可行性,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律,对于脆性和塑性材料,试验中各参数对切割深度的影响基本一致.结果表明:在试验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势,并且相同试验工况下淹没射流切割深度要大于非淹没状态.试验结果为超高压淹没磨料水射流的实际应用和研究提供了参考.     

超高压磨料水射流切割质量的实验研究

对磨料水射流切割断面的形貌特征及其形成机理进行了分析.针对国产AWJ切割系统的特点,实验研究了系统主要参数对几种常用材料切割质量的影响规律.分析了塑性和脆性材料的切割断面特点,为实际的工艺参数选择提供了可靠依据.     

超声辅助微细磨料水射流加工陶瓷试验研究

针对陶瓷材料难加工的特性,提出了超声辅助微细磨料水射流加工技术。基于响应曲面法对工程陶瓷进行切槽试验,测量加工沟槽底部表面粗糙度,通过建立表面粗糙度预测模型,分析了系统压力、超声振幅及靶距对加工质量的影响规律。当系统压力为32.8MPa、振幅为16μm、靶距为10mm时,获得最低表面粗糙度为0.746μm。通过试验验证了该预测模型的准确性和有效性。     

磨料水射流加工技术的研究现状

磨料水射流加工是一种新型的特种加工方法，由于它具有无热影响、加工力小、多功能等优点，已越来越多地应用于一些难加工材料的切削加工中。文中综述了磨料水射流的切割性能、切割机理、切割模型的建立以及提高加工表面质量的方法。最后综述了磨料水射流在车削、铣削和钻削中的应用。     

磨料水射流切割断面质量的研究

磨料水射流(AWJ)在难加工材料切割中得到广泛应用，但由于切割断面存在斜条纹限制了AWJ的应用。研究了射流压力和切割速度对塑性和脆性材料切割断面质量的影响规律，通过对AWJ切割机理和切割过程的分析，探讨了AWJ切割断面的形貌特征及其形成机理，认为是射流断面磨料动能的分布不均和射流的偏转滞后造成了AWJ切割断面斜条纹和曲线及尖角处的尖端，可以通过喷头摆动进给和切割速度补偿两种控制设计方案来实现AWJ的高效切割。     

磨料水射流加工去除模型研究

采用ANSYS Fluent对磨粒流场进行瞬态CFD仿真,得到射流过程中磨粒的分布和速度;并研究射流加工区磨粒运动机制,研究表明,新型后混合式磨料水射流加工中磨粒很容易穿过射流加工的静压区直接与工件发生作用进而去除材料。建立磨粒冲击塑性材料的冲击变形磨损模型,并结合Finnie塑性剪切磨损去除模型建立磨料水射流加工去除模型,模型表明,射流加工中心区域的材料去除量最高。根据新型后混合式磨料水射流系统进行塑性材料的磨料水射流加工试验,结果表明,射流加工中心区域材料去除最高,这是由于射流加工中心区域磨粒冲击角度较大、磨粒速度较高,材料以冲击变形磨损去除为主;远离射流冲击中心区域材料去除较低,材料以剪切磨损去除为主,与磨料水射流加工去除模型是完全一致的,证实磨料水射流加工去除模型的正确性。     

磨料射流切割机的试验研究

本文介绍了前混合式磨料射流切割机的结构,工作原理以及用该机对金属和非金属材料进行的切割试验,指出射流工作压力、喷射靶距、喷嘴横移速度、磨料重量比浓度等是影响工作能力的主要因素,喷嘴直径及其内腔结构、磨料粒子尺寸等也是影响割缝宽度及表面形态的因素.试验对此表明,它比纯高压水射流和后混合式磨料射流切割机性能优越,是一种新型的、有广阔应用前景的工业切割设备.     

自由磨粒复杂曲面磁力研磨光整加工试验研究

为了实现复杂曲面模具表面高质量高效率磁力研磨光整加工,在3-TPT五自由度并联机床上进行磁力研磨光整加工的试验研究,对复杂曲面模具自动化研磨光整加工进行了初步探索.从理论上研究了自由磨粒磁力研磨光整加工机理,并针对不同形状的加工对象,实验研究了磁感应强度、研磨间隙、磨粒粒度以及研具表面形状对磁力研磨光整加工的影响及其变化规律.     

磨料水射流切割陶瓷材料的加工表面质量研究

对磨料水射流切割氧化铝陶瓷的加工表面质量进行了试验研究,对磨料水射流切割陶瓷的切口结构形状进行了论述与分析,并分析了工艺参数对加工表面质量的影响。结果表明切口断面从上往下很明显地分成三部分:光滑区、波纹区和破碎区,光滑区的加工表面粗糙度随着水压力的增加、喷嘴横移速度和磨料粒度的减小而减小;靶距增加,表面粗糙度先减小,后增加。     

磨料浆体射流切割机床中切割质量研究

介绍了磨料射流切割机床的组成和工作原理。分析了射流切割表面质量的影响因素，并在此基础上建立了切割表面波纹度模型。初步讨论了质量控制方法。     

A study of abrasive waterjet cutting of alumina ceramics with controlled nozzle oscillation

This paper presents and discusses an experimental investigation of abrasive waterjet (AWJ) cutting of alumina ceramics with controlled nozzle oscillation. Particular attention is paid to the effect of small oscillation angles on the various cutting performance measures. It is found that nozzle oscillation at small angles can equally improve the major cutting performance measures, if the cutting parameters are correctly selected. However, under high water pressures, high nozzle traverse speeds and large oscillation frequencies, nozzle oscillation may cause a decrease in some major cutting performance measures, such as surface finish. Plausible trends of cutting performance with respect to the process parameters are further considered. Finally, a predictive mathematical model for the depth of cut is developed and verified.     

切削深度对微细轴类零件加工精度影响的实验研究

金属切削过程中，不同的切削参数对零件的加工精度影响是不同的。通过车铣和车削两种加工方法的对比，重点研究了切削深度对微细轴类零件加工精度的影响问题。通过对实验结果的分析显示，车铣加工和车削加工微细轴时切削深度的变化对加工精度的影响很小，一般情况下可以忽略。     

高速切削在特种防护橡胶内衬加工中的应用

橡胶材料具有显著的高弹性和粘弹性 ,传统的切削加工方法很难得到良好的加工表面。本文分析了线形非晶态高聚物材料的力学状态和动态力学性能频率谱 ,在此基础上研究了橡胶材料的加工机理 ,并在高速加工中心上进行了切削加工试验 ,取得了很好的效果。研究成果将为该材料在武器装备上的应用打下基础。     

基于CFD的磨料水射流加工中粒子圆度影响研究

为提高磨料水射流加工性能和延长喷嘴使用寿命,基于欧拉-欧拉方法和离散粒子模型,利用CFD仿真技术探究磨料水射流喷头内部的三相流运动,建立磨料水射流喷头的物理模型,并通过与文献实验结果对比,验证模型的可靠性。通过自定义粒子圆度系数,利用CFD模拟分析粒子圆度系数对粒子出口速度及管壁磨损率的影响。结果表明:射流压力和磨料圆度越大,磨料出口速度越大,喷嘴内磨损越小;磨料流量和磨料圆度系数越大,磨料出口速度越小,喷嘴内磨损越大;磨料尺寸越小和磨料圆度越大,磨料出口速度越大,喷嘴内磨损也越大;水射流切割过程中的深宽比随着压力增大而增大,随着横移速度和靶距的增加而减小,随着粒子圆度的增大而增大。     

On the modelling of abrasive waterjet cutting

Abrasive waterjet cutting operates by the impingement of a high-velocity abrasive-laden waterjet against the workpiece. The jet is formed by mixing abrasive particles with high-velocity water in mixing tubes and is forced through a tiny sapphire orifice. The accelerated jet exiting the nozzle travels at more than twice the speed of sound and cuts as it passes through the workpiece.This cutting process is being developed as a net-shape and near-net-shape machining process for cutting many metals and hard-to-machine materials. The narrow kerf produced by the stream results in neither delimitation nor stresses along the cutting path. This new technology offers significant advantages over traditional processes for its ability to cut through most sections of dense or hard materials without the need for secondary machining, to produce contours, and to be integrated into computer-controlled systems.The abrasive waterjet cutting process involves a large number of process and material parameters which are related to the waterjet, the abrasive particles, and workpiece material. Those parameters are expected to effect the material removal rates and the depth of cut. The purpose of the present work is to propose a model which is capable of predicting the maximum depth of cut for different types of materials using different process parameters. A comparison of the results of the proposed model and the models reported in the literature is introduced along with a discussion of the limitations of those models.On leave from: Mechanical Engineering Department, Suez Canal University, Egypt.On leave from: Industrial Production Engineering Department, Mansoura University, Egypt.On leave from: Mechanical Power Engineering Department, Alexandria University, Egypt.     

磨料浆体射流切割机床及切割性能研究

将磨料浆体射流技术应用于切割领域,研制出相应的切割机床,避开了国外该项技术中的高压动密封问题,并对该机床的切割性能进行了正交试验,同时,将磨料浆体射流机床与前混合磨料水射流机床的切割性能进行了比较研究,　研究表明,影响磨料浆体射流切割性能的主要因素依次是切割速度、切割压力和靶距;在相同切割条件下,磨料浆体射流机床与前混合磨料水射流机床的切割力大致相同,但磨料浆体射流机床的切割质量明显好于后者,切割能耗大大低于后者。     

切削液的加工性能评价方法探讨

将评价切削液加工性能的实机试验方法归纳为工序节拍方式、参数调整方式、综合优化方式三类,并论述了各自的特点、评价指标与应用场合;提出了设计和实施实验室模拟评价试验的要点;介绍了两种在通用机床上进行的模拟切削试验方法以及攻丝扭矩模拟评定试验机。     

不同线锯切割过程中磨粒运动状态试验研究

不同于普通线锯使用的钢丝线,采用表面具有微细槽的多股钢丝线在切割过程中便于磨粒附着和滚动,形成瞬时固结产生类似固结磨料的划刻和耕犁作用。为了深入研究不同线锯切割过程中磨粒的运动状态,使用高速摄像仪对线锯切割过程进行实时拍摄及后处理。研究表明,采用高速摄像仪拍摄线锯切割过程是可行的。通过对磨粒运动状态的分析,总结出了磨粒瞬时固结状态的2种典型方式。