钻削TC4钛合金薄壁件时钻削力的仿真研究

为提高钛合金TC4的可钻削性、减小对刀具的磨损,利用有限元分析软件ABAQUS对TC4钛合金薄壁件钻削加工过程进行动态仿真,获得钻削加工过程中钻削力的变化特征以及钻削参数对钻削力的影响规律,并分析应力的分布规律。仿真结果表明:在钻削厚度小于钻尖高度的薄壁件时,在钻头主切削刃与副切削刃的交点切入工件时钻削轴向力和扭矩达到最大;钻削轴向力和扭矩随着主轴转速和进给量的增大而增大,且转速和进给量越大,这种变化越明显;钻削时的最大应力分布在横刃和主切削刃与工件的接触部位。     

阶梯钻钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层板的实验研究

采用自行研制的阶梯钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削实验,并与普通麻花钻进行对比。分析钻削力和钛合金切屑形态对孔质量的影响,研究不同加工参数下的钻削力、孔径及孔出入口质量情况。结果表明:钛合金层钻削力随主轴转速的增大而减小,随进给量的增大而增大;相比普通麻花钻,阶梯钻产生的钻削力更小,钛合金切屑排出顺畅,钛合金层和碳纤维复合材料层孔径值更接近于钻头直径,钛合金层和碳纤维复合材料层孔出入口质量更好。     

非共轴螺旋后刀面微钻几何结构优化与刃磨制备研究

非共轴螺旋后刀面微钻相比普通平面后刀面微钻,在刀具刃磨效率及其钻削性能方面具有显著优势。微钻几何结构微小改变将引起钻削性能的重大变化。建立非共轴螺旋后刀面和螺旋槽的数学模型,计算不同几何结构参数下微钻的切削刃形状、前角和未变形切屑厚度,同时建立不锈钢微孔钻削有限元仿真模型,分析螺旋角、钻芯厚度与锋角对钻削力、温度与切屑形态的影响规律,对非共轴螺旋后刀面微钻几何结构进行优化。仿真结果表明：随着锋角增大,轴向力增大,扭矩和温度降低;随着螺旋角增大,钻削力和钻削温度降低,但是当螺旋角增大到40°时,切屑为带状切屑,切屑易阻塞,容易引起刀具折断;随着钻芯厚度增大,钻削力和钻削温度同时增大,切屑宽度减小。结合不锈钢微细钻削过程中钻削力、钻削温度和切屑形态的变化规律,提出优化的微钻几何结构参数。基于六轴数控工具磨床以及所建立的数学模型,磨制出非共轴螺旋后刀面微钻。测量结果表明,其几何参数与设计值基本一致。钻削试验结果表明,该几何结构参数的微钻具有良好钻削性能。     

7055铝合金高速切削三维有限元模拟

基于ABAQUS建立YG硬质合金刀具铣削7055铝合金的三维有限元模型,并对三向切削力及切削温度进行三维有限元模拟。结果显示:切削力仿真值与实验值之间有合理一致性,切削温度仿真值与实验值之间的最大误差为15%,在允许范围内,对实际生产及切削参数优化提供指导意义。     

钻削工艺对复合材料/金属叠层板孔质量的影响

采用整体硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削试验,研究不同加工工艺下碳纤维复合材料层的孔径误差、孔入口撕裂因子、孔壁表面粗糙度、孔出口烧伤以及碳纤维复合材料孔壁形貌。结果表明,啄式钻削工艺下的钛合金切屑排出更顺畅,避免钛合金切屑对孔的二次伤害。对比3种工艺,变加工参数啄式钻削工艺下的碳纤维复合材料层的孔径误差更小,孔入口处的撕裂因子趋于稳定值且小于1.05,孔壁表面粗糙度更小,孔出口没有明显烧伤。     

7055铝合金高速铣削表面粗糙度预测模型研究

为研究表面粗糙度对成品构件性能的影响,结合高速铣削实验及金相观察,通过切削参数单因素实验,探明了铣削速度、切削深度和进给量对7055-T6态铝合金板切削力和表面粗糙度的影响规律;结合经验公式,利用Matlab7.0软件编程,建立了7055铝合金表面粗糙度预测模型。结果表明:随着铣削速度增大,切削力和表面粗糙度先增大后减小;随着切削深度和进给量的增大,切削力和表面粗糙度都随之增大;模型预测值与实验结果相差较小,表明该模型能较好地预测7055铝合金高速切削后的表面粗糙度。     

TiAlN涂层错齿BTA钻头钻削性能与磨损机理研究

为提高错齿BTA钻头的钻削寿命与钻削孔的质量,采用TiAlN涂层与未涂层错齿BTA钻头对核电管板进行深孔钻削试验。通过扫描电子显微镜观察钻头的磨损形貌、能谱仪分析失效钻头刀齿表面物质的结构,揭示错齿BTA钻头的磨损形式与机理。研究TiAlN涂层对钻削核电管板错齿BTA钻头的钻削性能、钻削力、加工孔表面粗糙度、孔径偏差的影响。结果表明:错齿BTA钻头磨损最严重的是外齿与第1导向条,钻头的磨损主要以黏结磨损、扩散磨损和磨粒磨损为主,刀齿切削刃的磨损影响钻削力,外齿定径刃的磨损影响加工孔径,导向条的磨损影响加工孔壁的表面粗糙度;TiAlN涂层使错齿BTA钻头的钻削能力提高2.8倍,减小钻削扭矩和扭矩值的波动,提高钻削孔的质量。     

刀—屑摩擦对斜角切削切屑流动特性影响的仿真研究

采用显式有限元程序,对不同刀—屑摩擦系数时的斜角切削过程进行三维仿真实验,研究切屑在前刀面上的流动特性,刀—屑摩擦对切屑流动方向和螺旋卷曲半径的影响规律和作用机理。结果表明,斜角切削时,切屑从切削刃处以倾斜方向流出,然后沿前刀面产生侧向弯曲,因此切屑流出速度方向与刀刃法向的夹角逐渐增大;当切屑与前刀面分离后,形成螺旋卷屑排出。刀—屑间摩擦力的分布情况是引起切屑在前刀面上产生侧向弯曲的主要原因。随着刀—屑摩擦系数的增大,切屑在前刀面上侧向弯曲曲率减小,而切屑螺旋卷曲半径增大。而且,刀具前角越小,刀—屑摩擦对切屑流动特性的影响越大。     

汽车发动机活塞铝合金基复合材料钻削工艺研究

基于动态响应面建立某汽车发动机活塞铝合金基复合材料钻削毛刺数学理论模型,运用数值仿真及实验方法对其钻削过程中的进给速度、钻削速度及加强基质量分数对汽车发动机活塞铝合金基复合材料钻削毛刺高度及厚度的影响进行研究。结果表明:随着进给速度、钻削速度增加,钻削毛刺高度和厚度都逐渐增加;随着加强基质量分数增加,毛刺厚度逐渐增加,而毛刺高度却逐渐减小;毛刺高度和厚度理论计算值最大相对误差分别为5.30%和5.93%,验证了理论模型的正确性。     

7055-T6I4铝合金动态冲击性能及显微组织演变分析

旨在填补7055铝合金宽温度和宽应变率范围动态冲击的显微组织演变机制的不足,基于较宽温度和应变率范围的霍普金森压杆动态冲击试验,对7055铝合金动态力学性能及动态冲击后试样的SEM和TEM显微组织进行研究,分析温度和动态冲击应变率对7055铝合金组织与性能的影响。结果表明:低温环境下,随着应变率不断增大,7055铝合金的金相组织演变过程均存在绝热剪切带,其内部存在汇聚型微裂纹;随着温度升高,7055铝合金的动态冲击变形组织并未呈明显绝热剪切带,多以扭曲形变带形式存在;温度低于220℃,7055铝合金的TEM显微组织主要以不稳定的η′析出相为主,其数量和密度与温度有明显负相关。     

介观尺度切削过程的材料本构关系分析

应用应变梯度理论,建立了考虑尺度效应的介观切削材料本构关系;应用建立的本构关系对于不同切削条件时材料的应力-应变关系进行了分析研究。研究表明:随着切削厚度的增加,材料力学性能曲线逐渐向宏观Johnson-Cook(JC)模型靠近;当前角增大时,剪切角随之增大,材料内部的应力加大,材料的尺度效应越明显,因此适当增大刀具前角有利于介观尺度切削;切削刃半径对材料性能的影响比较明显,随着切削刃半径的减小,材料性能的尺度效应逐渐显著,要实现介观尺度切削,刀具切削刃半径必须极小。     

7A52/7055铝合金层合结构动态力学性能研究

对7A52/7055铝合金层状复合材料进行准静态压缩试验以及不同温度、不同应变速率条件下的冲击压缩试验,并分析其应力-应变、能量吸收和本构模型。结果表明:当应变率为(1 000～3 000)s-1时,7A52/7055铝合金层状复合材料在高应变率下敏感性较高,其流动应力随应变率的增大而升高,在高温条件下材料的流动应力变化不明显;在350℃时能量吸收效果明显,当7A52和7055层厚比为1∶2时,能量吸收效果最佳;基于MATLAB curvefitting拟合出的Johnson-Cook模型能较好地预测试验中铝合金层状复合材料的流动应力。     

炸药切削数值模拟研究

采用LS-DYNA显式非线性动力分析程序,针对HMX基PBX炸药材料的切削加工进行了切削数值模拟及相关模型的研究,完成了不同切削参数下切削力的数值计算,与实验测量结果吻合较好。研究表明,在切削宽度远大于切削层厚度的条件下,采用平面应变切削模型进行炸药切削数值模拟是可行的,等效应力失效准则适合于描述炸药切屑的断裂和分离。切削力的计算结果显示,切削力随切深和进给量的增大而增大,切削速度对切削力的影响不明显,其中,切深对切削力的影响最为显著。     

切削参数对6061铝合金超声振动切削性能的影响

为探索切削参数对6061铝合金超声振动切削性能的影响规律,用AdvantEdge软件对其进行超声振动切削仿真研究,与普通切削工艺进行对比,得到切削温度、切削力和残余应力随切削参数改变而变化规律.结果表明:随切削参数增大,两种加工方式下切削温度均上升.超声振动切削相较于普通切削,在降低切削力方面有显著优势,同时,超声振动切削的残余应力曲线出现明显"勺形"变化,残余应力值和层深较大.最后,通过超声振动辅助车床对有限元结果进行试验验证,可得仿真值与试验值吻合良好.     

SiCp/Al复合材料超精密车削切屑形成机制及形成过程模型

通过观察切屑根部和切屑的形态及金相微观组织,采用细观分析法和金属切削理论分析法相结合,研究、分析了天然单晶金刚石（SCD）和聚晶金刚石（PCD）刀具超精密车削SiC_p/2024Al和SiC_p/ZL101A复合材料时的切屑形成机制,并建立了这两种材料的切屑形成过程模型。结果表明：切屑呈厚度准周期性变化的锯齿状;切削变形时工件材料中微裂纹的动态形成和扩展、剪切角周期变化是形成这种切屑形态的两种主要机制;该材料微观上的不均匀性、材料本身的各种缺陷以及大量不可变形增强颗粒的存在,使得切削时剪切区材料产生大量的微裂纹和微空洞,而其微观组织特性、力学性能特性以及切削时周期性的滑-停现象决定了剪切角周期变化;增强颗粒体分比、切削速度、进给量、刀具刃口半径是影响切屑形成的主要因素。     

冷却方式对钛合金薄壁件钻削温度场的影响

为研究不同冷却方式对钛合金薄壁件钻削温度场的影响规律,建立干式、侧浇注、环形浇注3种冷却方式下的换热模型,用Abaqus有限元分析软件对钛合金薄壁件进行钻削加工仿真.结果表明:在横刃未钻出时,环形浇注冷却方式下,工件温度场分布更均匀,未出现较大温度梯度;随主切削刃逐渐切出,侧浇注冷却效果更好,但工件温度场分布不均;从整个加工过程看,相比于其他两种冷却方式,环形浇注冷却换热能力最强,冷却效果最好.     

浮动铰刀振动铰削小口径火炮身管的研究

研究了振动铰削抑制积屑瘤形成的机理,在此基础上通过浮动铰刀振动铰削小口径火炮身管的实验,分析了振动铰削对火炮身管内膛表面粗糙度的影响。振动铰削把普通铰削的连续切削过程转变为断续的脉冲式切削过程,将普通铰削时的螺旋状连续切屑变成了非常细小的针状单元切屑,增强了铰削加工的断屑排屑能力,从根本上抑制了积屑瘤的形成,避免了巳加工表面的犁沟和鳞刺。实验表明：振动铰削的表面粗糙度Ra比普通铰削至少提高3级;振动铰削的表面粗糙度Ry不到普通铰削的1/5;振动铰削使孔的巳加工表面均匀一致,显著提高了身管内膛的表面质量。     

高速列车车体底盘连接板高速高效加工方法

针对高速列车车体底盘连接板的加工问题,提出一种高速高效的加工方法。基于工艺系统模态分析和铣 削过程动力学模型分析,采用切削加工中的再生颤振理论,对加工过程的颤振稳定域进行仿真,给出与铣削加工过 程工艺参数相关的颤振稳定域结果;在动力学仿真计算的基础上,以主要的加工工艺参数主轴转速、进给量、轴向 切削深度、径向切削深度为设计变量,以最小加工时间为优化目标进行优化计算,得到满足一定优化目标和优化条 件的工艺参数,重点以数控加工工艺参数的优化选择、金属材料去除率增加为目标的数控高速高效加工。结果表明, 该方法可形成铝合金高效切削数据手册、铝合金典型零件高效数控加工的程序和工艺规范。     

正交车铣加工切削力仿真分析

针对正交车铣加工变深度、变厚度的切削特性,基于其加工原理采用数学方法建立切削力的理论模型,并在无偏心和偏心二种情况下分别仿真圆周刃和端面刃的切削力随铣刀转角的变化规律。通过切削参数对切削力影响规律的仿真结果分析表明,圆周刃在整个切削过程中起到主导作用;在相同切削参数条件下,随着进给量和偏心距的增大,切削力增大,而偏心切削力大于无偏心切削力。因此该切削力的理论模型为正交车铣加工机理的研究提供理论基础和参考依据。     

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。