基于灵敏度的换刀时间和工艺动态可靠性研究

将刀具的切削参数作为随机变量,结合矩估计、最大似然估计和动态可靠性分析技术,建立了机加工艺系统的动态可靠性数学模型,推导了各工序刀具的失效率计算公式;以刀具失效率为判据,建立了确定临界刀具及换刀时间的方法;在此基础之上,以最大限度利用刀具为研究目标,在确定被更换刀具的同时应用可靠性灵敏度分析方法确定刀具最敏感切削参数,通过改变最敏感的切削量参数提升刀具及整体工艺系统的可靠度,使刀具能够继续工作,延迟换刀时间;研究结果表明:当整体工艺流程系统可靠度低于某一阚值时,应用该模型能够迅速准确找出失效率最大的工序所使用的刀具并对其敏感参数进行控制,从而确保刀具还能满足工艺可靠性要求,最大限度的利用刀具,减少换刀次数,降低成本,保障整体工艺系统的高可靠性.     

基于刀具失效率的换刀策略研究

将影响机加工艺可靠性的主要因素刀具的失效率作为研究对象,将刀具的切削参数作为随机变量,以最大似然估计为基础,结合可靠性分析方法,建立机加工艺系统的动态可靠性数学模型,推导各工序刀具的失效率计算公式。在此基础上,以刀具失效率为判据,建立了如何确定被更换刀具的工序及换刀时间的方法。研究结果表明,当整体工艺流程系统可靠度低于某一阈值时,即可确定更换刀具的时间,再应用刀具失效率模型,就能够迅速找出失效率最大的工序所使用的刀具,并及时更换,从而确保刀具在失效之前满足工艺可靠性要求,最大限度地利用刀具,减少换刀次数,降低成本,从而保障整体工艺系统的高可靠性。     

叶轮轻量化用Ti_2AlNb基合金的切削加工性研究

针对航天发动机叶轮零件轻量化用Ti2AlNb基合金的高效切削加工需求,分别选择通用牌号YG类硬质合金刀具和复合Si3N4陶瓷刀具进行了刀具耐用度对比试验,分析了陶瓷刀具前、后刀面的磨破损失效形态和材料的切削加工性;通过正交试验研究了切削表面粗糙度随切削速度、进给量、切削深度的变化规律,建立了表面粗糙度的特征曲面。结果表明,复合Si3N4陶瓷刀具对于Ti2AlNb基合金的切削性能有了大幅度的提高,能够获得相对稳定的刀具耐用度,其正常切削阶段的磨损主要由较高的切削温度引起,为合理选取切削刀具和工艺参数提供了试验依据。     

氟金云母玻璃陶瓷切削加工中的刀具磨损量建模

采用响应曲面法对氟金云母玻璃陶瓷进行车削加工试验,以高速钢刀具磨损为响应,以切削用量为试验因素,通过回归分析、模型检验及方差分析,建立刀具磨损量与切削用量之间的数学模型,分析切削用量对刀具磨损的影响规律。研究表明:建立的刀具磨损量模型具有较好的适合性和显著性,预测精度较高,能较好地描述刀具磨损与切削用量参数之间的关系;切削用量对刀具磨损量的影响程度依次为进给速度、切削速度和切削深度;应用刀具磨损量模型,有助于选择合理的切削用量,减少和控制刀具磨损。     

错齿内排屑刀具深孔加工中的刀具振动特性对孔圆度形貌的作用机制

依据错齿内排屑刀具深孔加工的实际特点,构建了受刀具横向振动特性影响的加工孔圆度形貌模型。运用动力学半解析法,在保证刀具系统动态分析精度的前提下,将复杂深孔刀具系统离散为多段具有局部特征的梁单元,其中相邻单元之间满足模态形函数传递矩阵的连续条件。结合Newton-Raphson迭代法,给出了深孔圆度形貌形成轨迹的数学描述,以及深孔刀具动态特性与加工孔圆度形貌之间的关联关系。通过数值算例验证了所提出方法的可行性,同时为实现深孔切削过程加工孔圆度误差的预测与控制奠定了基础。依据错齿内排屑刀具深孔加工的实际特点,构建了受刀具横向振动特性影响的加工孔圆度形貌模型。运用动力学半解析法,在保证刀具系统动态分析精度的前提下,将复杂深孔刀具系统离散为多段具有局部特征的梁单元,其中相邻单元之间满足模态形函数传递矩阵的连续条件。结合Newton-Raphson迭代法,给出了深孔圆度形貌形成轨迹的数学描述,以及深孔刀具动态特性与加工孔圆度形貌之间的关联关系。通过数值算例验证了所提出方法的可行性,同时为实现深孔切削过程加工孔圆度误差的预测与控制奠定了基础。     

深孔加工刀具的发展

孔加工在金属切削加工中占有重要地位,孔加工刀具的共同特点是由于受孔径限制,又是在工件内部加工,刀具的强度及刚度差、排屑及冷却润滑困难．而深孔加工更是机械加工中难度大、技术含量高、专业性强、加工成本高的一种加工技术．如何提高深孔的加工精度、提高生产效率是设计和使用深孔加工刀具的首要问题．本研究就深孔加工刀具的种类和发展进行研究．     

硬质切削刀具的新进展

近些年来,为了适应难加工材料的加工和提高生产率的需要,国外硬质切削刀具的研究和应用都有较大的进展。其中尤以涂层刀具发展最快,居于领先地位;而陶瓷和碳化钛硬质合金刀具的性能也在逐步改进,成为很有前途的高速切削刀具之一。从技术上看,这些进展突出表现在加强了刀具切削和磨损理论的研究;在改进现有刀具材料性能的同时,积极发展新型刀具材料;注重工艺方法的改进,以提     

钛合金材料的机械加工工艺综述

针对钛合金材料的导热系数小、弹性模量低、化学活性高和机械加工困难的特点,分析钛合金材料的切削加工原则,综述切削加工中的切削液、刀具材料、刀具几何形状及加工工艺参数.     

氟金云母陶瓷车削参数对刀具磨损的影响

对氟金云母可加工陶瓷进行车削加工试验,分析了切削中的刀具磨损特性,讨论了影响刀具磨损率的因素。以单因素实验法分别考察了刀具材料、冷却条件、切削深度、进给速度等对刀具磨损的影响规律。结果表明:刀具磨损过程可划分为三个阶段,自来水冷却可降低刀具磨损率,高速钢刀具不能满足加工需要,陶瓷刀具相对较好;切削深度对刀具磨损率的影响曲线为一抛物线段,进给速度对刀具磨损的影响曲线为一余弦线段;车削氟金云母陶瓷对刀具磨损过程与切削金属相似。     

切削参数对切削高强钢刀具磨损仿真研究

34CrNiMo6高强钢硬度高、强度高,在切削加工中刀具磨损严重.针对切削参数与刀具磨损的关系,建立车削34CrNiMo6高强钢刀具磨损仿真模型.用三因素四水平正交试验法研究切削用量三要素在切削过程中对刀具的影响.结果表明:刀具磨损量受切削深度影响最小,受切削速度影响最大.     

高速切削AF1410的切削温度有限元仿真分析

用Abaqus有限元分析软件建立WC硬质合金刀具高速切削AF1410高强钢的二维仿真模型,对切削过程进行模拟,获得切削过程中刀具、工件的温度分布情况,研究分析切削用量对工件的最高切削温度和稳定切削区平均最高温度的变化情况。结果表明:切削过程中刀具、工件的温度变化趋势可分为3个阶段,每个阶段变化特征不同,且刀-屑接触面附近工件的最高切削温度始终高于刀具;工件的最高切削温度和稳定切削区工件的平均最高温度均随切削速度和切削深度的增加而增加,但随切削深度的增加幅度较小;稳定切削区域工件平均最高温度随切削速度和切削深度的增加速率低于工件最高切削温度的增加速率。     

硬质合金刀具月牙洼磨损定量化实验研究

定量研究了细晶粒硬质合金刀具切削钛合金TC4过程中,不同切削参数对月牙洼磨损演变速率和磨损体积的影响。采用等高线图描绘不同切削参数下月牙洼的磨损形貌,求解月牙洼每一个磨损深度下等高线所围区域的面积,并阐述等高线所围区域面积随其磨损深度变化的关系。引入月牙洼磨损演变速率,用于表征月牙洼沿其磨损深度方向磨损的快慢程度,分析了切削参数对月牙洼磨损演变速率的影响规律。求解出不同切削参数下月牙洼的磨损体积,分析了切削速度、进给率和工件材料去除率对月牙洼磨损体积的影响规律。研究结果表明,切削速度是影响月牙洼磨损体积的主导因素。     

Tool Wear Estimate in Milling Operation by FEM

Many researches show that, in metal cutting process, tool wear rate depends on some cutting process parameters, such as temperature at tool face, contact pressure and relative sliding velocity at tool/chip and tool/workpiece interfaces. Finite element method（FEM） application enables the estimate of these parameters and the tool wear. A tool wear estimate program based on chip formation and heat transfer analysis is designed and compiled with Python to calculate the wear rate and volume, and update tool geometry according to the tool wear. The progressive flank and crater wears in milling operation are estimated by the program. The FEM code ABAQUS/Explicit and Standard are employed to analyze chip formation and heat transfer process.     

钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,从而增强了铣刀的切削能力,提高了切削加工精度。利用自制的超声铣削刀柄系统,对钛合金试件进行铣削实验,结果表明与普通铣削相比,超声椭圆振动铣削的切削力可降低达50%,零件的形位精度得到了显著提高。     

刀具准备过程集成建模与智能跟踪方法研究

为了提高刀具使用效率、降低刀具管理成本和刀具准备的错误率,提出了刀具准备过程集成建模与智能跟踪方法.该方法从刀具全生命周期出发,在刀具准备阶段,给出刀具选择策略、匹配方法并建立集成化的刀具配置、仿真和优化模型,实现刀具的柔性化配置、刀具配置方案和刀轨文件的验证与优化.在刀具使用阶段,结合无线射频识别(RFID)和多智能体( MAS)技术,实时采集刀具数据和智能跟踪刀具位置,以支持刀具的快速配置并实现各种刀具管理模块的协调运行.基于该刀具管理方法,开发了面向刀具全生命周期的管控一体化系统.通过实际应用验证了该方法的有效性和可行性.     

超声横向激励下轴向运动金刚石线锯振动切割分析

金刚石线锯由于切缝窄、柔性好而广泛应用于Si、SiC等超硬脆材料的切割过程中,而超声振动在硬脆材料加工方面具有独特的优势。将超声振动应用于线锯切割过程中,在分析轴向运动弦线振动模型的基础上,利用变量分离求解出线锯在两种不同位置超声激励下横向受迫振动位移场的函数表达式以及线锯系统自然频率的函数表达式;研究讨论了线锯系统的参数对固有频率的影响;分析了线锯临界速度以及线锯往复切割时线锯中点振幅与超声激振线锯系统参数的关系;提出了工件进给速度是影响超声振动线锯切割模式的决定因素。用多普勒激光测振仪对线锯的固有频率、线锯超声激励频率和在振动切割SiC中线锯不同点处的频率进行测定,并对线锯施加超声和不施加超声切割SiC进行了对比实验。结果表明超声振动切割能减小23%～38%的切割力,能明显改善切割表面的质量。测定和实验结果与模型分析有较好的一致性。