Heat regulating strategy in numerical control end milling for hard metal machining

The trend in die/mold manufacturing at present is towards the hard machining at high speed to replace the electron discharge machining. Failure forms of the A1TiN-coated micro-grain carbide endmill when used for the machining of/IS SKD61 (HRC 53), a widely used material in die/mold manufacturing, are investigated. The endmill shows a characteristic that tool life decreases greatly due to the chipping when overload occurs or the rapid increase of wear when over-heat accumulation in cutting edges. As a consequence of the investigation, a strategy to regulate heat generation in the end milling process is proposed. This is accomplished by controlling the cutting arc length, i.e. the length of each flute engaging workpiece in a cutting cycle. Case studies on the slot end milling and comer rounding are conducted. The results show that the proposed strategy suggests the optimal tool path as well as the optimal pitch between successive tool paths under the cutting time criterion.     

Theoretical modeling of cutting temperature in high-speed end milling process for die／mold machining

A parametric model of cutting temperature generated in end milling process is developed according to the thermal mechanism of end milling as an intermittent operation, which periodically repeats the cycle of heating under cutting and cooling under noncutting. It shows that cutting speed and the tool-workpiece engagement condition are determinative for tool temperature in the operation. The suggested model was investigated by tests of A1TiN coated endmill machining hardened die steel JIS SKD61, where cutting temperature on the flank face of tool was measured with an optical fiber type radiation thermometer. Experimental results show that the tendency of cutting temperature to increase with cutting speed and engagement angle is intensified with the progressing tool wear.     

HSM strategy study for hardened die and mold steels manufacturing based on the mechanical and thermal load reduction strategy

The paper discussed cutter-work engagement situation hidden behind the mechanical and thermal load effect on curing edges during high speed hard machining process.The engagement situation was investigated in great detail using experimental and geometrical analytic measures.Experiments were conducted using A1TiN-coated micro-grain carbide end mill cutters to cut hardened die steel.On the basis,a general high speed hard machining strategy,which aimed at eliminating excessive engagement situation during high-speed machining (HSM) hard machining,was proposed.The strategy includes the procedures to identify prone-to-overload areas where excessive engagement situation occurs and then to create a reliable tool path,which has the effect of cutting load reduction to remove the prone-to-overload areas.     

基于铣削力突变的拼接模具硬态铣削工艺优化

针对刀具磨损过快和加工稳定性下降的问题,进行了淬硬钢Cr12MoV拼接模具铣削过程中铣削参数和路径优化的研究.通过试验研究揭示了刀具铣削方向、切削速度、进给速度及切削深度对拼接处铣削力突变的影响规律,并借助多因素试验得到了铣削条件对铣削力突变影响的主次因素.为降低铣削力突变对铣削过程的影响,以铣削力突变最小为目标进行了正交试验研究,并在此基础上得到了优化后的铣削参数组合.研究成果可为拼接模具铣削工艺优化提供有意义的参考.     

球头刀高速铣削模具钢热力分布3D模拟

为了获得球头刀高速铣削模具钢在切削过程中的热力分布状态,为已加工表面的热力形成机制研究提供基础数据,利用基于拉格朗日算法的有限元工艺仿真系统DEFORM,对汽车覆盖件模具钢Cr12Mo V的高速铣削过程进行了3D有限元建模仿真.模型模拟了球头刀在倾角为15°时的切屑形成过程,预测的进给方向、跨距方向以及轴向方向的切削力与实验数据相符,在剪切面处模拟所得切削平均温度偏差在10%以内.模具表面切削区轮廓形状与高速铣削产生切屑形貌基本吻合,证明建立的3D模型能够较好地反应切削过程中的热力分布情况.     

速度效应对淬硬钢最小切削厚度的影响

塑性材料加工中,存在一个最小切削厚度,当切削加工中实际有效切削厚度小于工件材料的最小切削厚度时,将造成刀具与工件无法正常切削,而主要以滑擦为主,此时加工精度很难保证,确定材料的最小切削厚度对提高工件的加工质量及精度具有重要意义.针对以上问题以淬硬钢Cr12Mo V材料为研究对象,提供了一种确定工件材料最小切削厚度的试验方法,并通过提供的试验方法,确定了淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)不同切削速度下的最小切削厚度值,试验结果表明:在所选的速度范围内,热软化效应对淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)成屑机制的影响大于应变率效应的影响,淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)最小切削厚度值的确定,为汽车覆盖件模具精加工余量的选取提供了理论依据.     

高能效高速稳态铣削参数优化

为了提高铣削加工的能量利用率,提出了一种以无颤振切削为约束条件,以能量利用率为优化目标的铣削参数优化方法.基于机床的能耗特性,建立了提高能量利用率的无颤振铣削参数优化模型.利用切削稳定域图确定主轴转速的优化区间,利用切削力、切削功率、切削速度等条件确定切削深度、切削宽度及进给速度的优化区间,并通过合理选择各参数的优化步长快速获得切削参数.以五轴雕铣机为实验机床,45#钢为切削材料进行了验证试验,结果表明,该参数优化方法使能量利用率得到了较大提高.     

考虑过程阻尼的圆弧刃铣削淬硬钢极限切深

为了研究圆弧刃铣刀动态铣削过程中的过程阻尼情况,通过分析刀具结构的几何参数和工艺参数,对现有的模型进行整合优化,建立了圆弧刃铣刀过程阻尼的动态铣削数学模型.基于改进的数学模型,计算出后刀面侵入体积,并进行大量切削稳定极限实验,得到了高速下的极限切深.同时,应用Matlab和ANSYS软件解算得到铣削模态方程的过程阻尼系数,结合能量平衡方程,给出了淬硬钢耕犁力系数,进而预测极限切深.仿真结果表明,刀具后角和刃口半径对过程阻尼影响显著,预测极限切深与实验结果一致.     

汽车覆盖件模具钢高速切削数据库的研究

建立了基于B／S(浏览器／服务器模式)结构的汽车覆盖件模具钢高速切削数据库系统,该系统包括实例库、刀具数据库、工艺参数库、材料库、智能优化库5个功能模块。用户可根据实际需求,选择功能模块,对刀具、切削工艺、工件材料、加工实例等信息进行检索查询。该数据库通过对基于MATLAB神经网络的刀具磨损模型的调用,实现了精加工模具钢时对刀具磨损的在线预报。     

Development of an ultrahard nanotwinned cBN micro tool for cutting hardened steel

Binderless nanotwinned cubic boron nitride (nt-cBN) synthesized from onion-structured BN precursors under high pressure and high temperature shows a very fine microstructure consisting of densely lamellar nanotwins (average thickness of 4 nm) within nanograins. The unique nanotwinned microstructure offers high hardness, wear resistance, fracture toughness, and thermal stability which are essential for advanced cBN tool materials. Thus, a circular micro tool of nt-cBN was fabricated using femtosecond laser contour machining followed by focused ion beam precision milling. Thereafter turning tests were performed on hardened steel using the studied micro tool. To evaluate the cutting performance, the machined surface quality and subsurface damage of the hardened steel were characterized. The wear mechanism of the nt-cBN micro tool was also investigated. It is found that the fabricated nt-cBN micro tool can generate high quality surface with surface roughness less than 7 nm and nanograin subsurface of about 500 nm deep. In addition, abrasive wear is found to be the dominant wear mechanism of the nt-cBN micro tool in turning hardened steel. These results indicate that nt-cBN has outstanding potential for ultra-precision cutting hardened steel.     

基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法

为了提高数控加工中的机床效能和加工效率,探究深度强化学习在加工参数优化问题中的适用性,提出一种基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法.选取切削力合力和材料除去率作为效能和效率的优化目标,利用遗传算法优化反向传播神经网络（GA-BPNN）构建切削力合力和铣削参数的优化函数,并采用经验公式建立材料除去率的优化函数.应用竞争网络架构（Dueling DQN）算法获得切削力合力和材料除去率多目标优化的Pareto前沿,并结合优劣解距离法和熵值法从Pareto前沿中选择决策解.基于45钢的铣削试验,验证了Dueling DQN算法用于加工参数优化的有效性,相比经验选取加工参数,通过Dueling DQN优化得到的加工方案使切削力合力降低了8.29%,加工效率提高了4.95%,为加工参数的多目标优化方法和加工参数的选择提供了指导.     

切触在侧铣加工叶轮直纹面上的应用

提出用侧铣方法加工叶轮曲面的切触理论,按接触条件确定刀具圆柱表面与工件的相对位置,按切触条件确定刀具的相对姿态。介绍了叶轮抛物面叶片表面的加工计算算例,其加工计算方便,加工效率高。相比于端铣加工,可大幅度减小切削余量。     

基于虚拟加工的数控车削过程优化

为了优化车削加工过程,提高加工效率,提出基于虚拟加工技术预测实际切削参数,采用数控程序优化实现数控切削过程优化的方法.应用轮廓多边形的工件模型表示法,研究车削过程中瞬时切削深度和切削速度的获取算法,进一步利用优化算法和数控程序修正,实现数控车削过程的优化.实际切削实验和分析对比表明:加工时间显著缩短,充分利用了机床加工能力,优化后的切削过程得到了改善,提高了加工效率。     

汽车覆盖件模具的非球头刀宽行加工方法

汽车覆盖件模具型面一般是由大面积平坦面和一定陡立面结合的构成的自由曲面.针对汽车覆盖件模具粗加工及半精加工中球头刀效率低的问题,将非球头刀的宽行加工应用于汽车覆盖件模具粗加工与半精加工过程,在工艺上使用环形刀加工陡立面,高进给铣刀加工平坦面的组合加工方式来代替普通球头刀加工,论述了高进给铣刀在加工平坦类曲面中的优势,提出了平底类刀具铣削平坦凹曲面的最小曲率半径判定原则,并对环形刀和高进给铣刀铣削区域内的刀路轨迹进行优化.最后,在三轴数控机床上进行了实验验证,实验结果表明:宽行加工工艺与球头刀加工相比可提高加工效率44.75%.     

高速切削加工研究工作回顾

由于生产率和精确度高以及表面加工质量好,高速加工技术已成为一种先进制造技术.本文综述了近十年来上海交通大学在高速加工技术方面的研究工作,主要包括:通过优化刀具几何结构、刀具涂层优选和高性能涂层研发等研究,开发新型高速切削刀具;通过评估典型难加工材料的切削加工性能,系统研究难加工材料的高速切削加工机理;采用有限元方法对高...     

球头铣刀高速铣削铝合金表面粗糙度研究

球头立铣刀铣削曲面时，刀具轴线与工件曲面法线之间的夹角对工件表面质量及刀具寿命有着重要影响，通过对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的倾角研究，提出了调整刀具和工件之间的加工倾角，有效改善切削条件的策略；通过高速铣削铝合金表面粗糙度的实验研究，获得了进给量、切削速度以及进给方向对高速铣削铝合金表面粗糙度的影响规律，对高速铣削参数以及刀具切削路径的优选具有一定的指导意义．     

基于车铣技术的微小型零件完整加工

微小型零件在加工过程中抓取和再定位的难度,极大地影响了加工精度和加工效率,完整加工为微小零件的加工提供了一个可行的方法．分析了完整加工的特点,阐述了微小零件完整加工的必要性,结合实例对微小型零件的完整加工进行了分析．     

薄壁板高速铣削加工过程中的让刀误差预测

为了研究薄壁工件在铣削加工过程中的让刀误差以及获得使让刀误差较小的优化铣削参数，以薄壁板为例，在进行高温拉伸试验和高速压缩试验获得材料力学性能的基础上，建立了薄壁板铣削过程的热力耦合有限元模型.通过模拟螺旋立铣刀与工件材料之间相互的物理作用，获得了铣削力的变化曲线和铣削热的分布，同时得到了在刀具与工件之间物理作用下壁板随刀具的旋转与进给运动而产生的让刀变形，从而得到了薄壁板在铣削过程中的最大让刀误差.根据该有限元模型的结果可以优选薄壁件铣削用量，优化刀具几何形状，弥补让刀变形.     

BTA刚性镗铰刀加工高强度钢大直径精密深孔——刀片材料对孔加工质量的影响

本文介绍了BTA刚性镗铰刀加工高强度钢大直径精密深孔的试验研究,给出了深孔加工中常用和新型刀片材料对孔加工质量的影响.研究得出:欲保证27SiMn等高强度钢精密大深孔的良好加工质量,新型复合陶瓷材料(AT_6,AG_2)是比较理想的刀具材料.该结论对目前国内精密大深孔加工具有实用意义.     

淬火钢的切削加工

近年来由于新的刀具材料的发展和推广,改变淬火钢的传统加工工艺成了可能以车代磨,以铣代磨,显著提高了生产率。本文分析了淬火钢的切利加工性,从刀具材料的选择,刀具几何参数及切削用量的选取等几方面对淬火钢的切削加工进行讨论,通过对实验曲线的分析、比较,提出了适宜切削淬火钢的最佳刀具材料,推荐了不同切削条件下刀具几何参数和切削用量的合理数值。