高速铣削淬硬钢切削力及表面粗糙度研究

使用铣削方法加工P20模具钢,分析高速切削加工中,切削速度、进给量、切削深度对切削力、被加工零件的表面粗糙度的影响.研究结果表明:切削力受切削速度影响较小,进给量和切削深度的增大会引起切削力的成倍增大;被加工零件表面粗糙度受进给量影响最大,其次是切削速度,影响最小的是切削深度.     

镁合金低温切削性能及工艺参数优化

为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质（常温干切、液态二氧化碳和液氮）对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明：切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著;进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力;冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数：v_c=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_p=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。     

钛合金的已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示高速切削对航空钛合金加工表面残余应力的影响，利用三维斜角切削有限元模型对钛合金Ti6Al4V的高速切削加工过程进行了模拟，获得了不同切削速度和不同切削深度下的已加工表面残余应力分布.模拟结果表明：切削速度对已加工表面残余应力具有重要影响，而切削深度对已加工表面残余应力影响较小; 已加工表面层残余应力为拉应力，沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力; 3个主方向的残余应力值随切削速度的增加而增加，而随切削深度的增加无明显变化; 切削速度和切削深度对残余应力层的厚度影响都很小.     

TC4钛合金高速铣削参数对表面完整性影响研究

文章研究了用硬质合金刀具高速铣削TC4钛合金时,铣削参数对表面完整性(表面粗糙度、表面形貌、显微硬度和微观组织)的影响,以期为优化TC4钛合金高速铣削参数,及进行表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.主轴转速(r/min)依次选择3 000、6 000、8 000、10 000,轴向切深分别选择0.15 mm和0.25 mm,每齿进给量恒为0.05 mm/z.结果表明:主轴转速对表面粗糙度、表面形貌、显微硬度的影响显著;轴向切深对表面粗糙度和表面形貌的影响比较显著,对硬化深度和硬化程度影响不大;主轴转速和轴向切深对微观组织的影响不明显;在实验参数范围内,当转速为8 000 r/min、轴向切深为0.15 mm时,可以获得最好的表面完整性,此时,表面粗糙度为0.313 μm、硬化深度为0.06 mm、硬化程度为15%、微观组织无明显变化.     

刃口半径对钛合金铣削力和表面粗糙度的影响

为了研究刀具刃口锋利度对刀具寿命和加工质量的影响,采用不同锋利度的刀具对钛合金进行了切削加工实验。采用钝化前后的刀具及不同钝化效果的刀具进行了切削实验,并以航空领域常用的TC4钛合金为加工对象,以切削力和表面粗糙度为主要因素对刀具性能和加工质量进行了对比分析。由于钝化后的铣刀刃口锋利度降低,铣削加工时钝化刀具产生的铣削力及加工后的表面粗糙度均大于未钝化的铣刀,且铣刀刃口圆弧半径对刀具性能及加工质量也具有重要影响。通过刀具钝化方法对刀具角度进行合理钝化后,刀具使用寿命可提高1倍左右。     

基于最小表面磨损率的铁基高温合金车削加工研究

根据最小表面磨损率理论,使用涂层硬质合金刀具对铁基高温合金GH2132进行了干式车削试验。采用单因素法优选切削参数,建立了最小表面磨损率条件下切削力、切削温度及表面粗糙度与切削用量之间的关系,借助电子扫描显微镜(SEM)对试验中产生的加工现象和刀具磨损机理进行了阐述。试验结果表明:刀具在进给量f=0.1 mm/r,切削深度ap=0.1 mm,切削速度v=90 m/min条件下切削时,刀具磨损强度最低,消耗最少,切削路程最长,加工精度最高;刀具的磨损机理前期以涂层剥落为主,后期主要表现为疲劳引起的切削刃崩刃。     

基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

钛合金TC4在加工过程中会出现工件变形及黏结等问题,因此加工难度较大。利用ABAQUS软件创建仿真模型,对比了超声椭圆振动车削和常规切削对钛合金TC4力学特点的影响,并对比分析了超声椭圆振动车削钛合金TC4的切削速度、切向幅值、频率和切削深度对切削力的影响。结果表明,超声椭圆振动切削平均切削力随着切削深度及切削速度的增加而增加;随着切向幅值及振动频率的增加而减小;与常规切削相比,超声椭圆振动切削能够明显降低切削力,改善表面加工质量,提高加工效率。     

光学元件亚表层损伤检测和规律研究

为了分析光学元件的加工工艺与亚表层损伤的关系,验证亚表层损伤/表面粗糙度比例预测模型的正确性,探索一种能够快速检测亚表层损伤的方法.文中基于激光散射和共聚焦显微成像理论,分析了共聚焦显微系统测量亚表层损伤的可行性;对三种不同工艺加工的光学表面,利用OPTELICS S130五波长共聚焦显微镜获得光学表面亚表层损伤的三维立体图和纵向数据图,在TalySurf CCI上测量了光学表面的粗糙度,分析了加工过程中磨粒直径变化规律对表面粗糙度和亚表层损伤深度的影响,验证了亚表层损伤深度和表面粗糙度之间呈单调递增了的非线性关系.研究结果表明,共聚焦显微成像技术可以实现亚表层的非破坏性定量检测.     

P20钢与718钢切削加工共性研究

从切削力、刀具磨损、表面粗糙度3方面进行实验研究,找出P20钢与718钢的切削共性,从而得到预硬型塑料模具钢的加工特性。结果表明,对主切削力影响较大的是切削深度和进给量;当切削速度超过80—90m／min时,表面粗糙度明显降低;与45钢相比,这类模具钢的刀具耐用度较差,且刀具主要磨损形态是磨料磨损。     

基于表面质量的小型精密零件切削工艺优化

为了提高小型精密零件在切削过程中的表面加工质量,以小型精密零件的表面粗糙度为目标函数,设计并实施了一系列小型精密零件的切削加工试验.采用单因素试验法分析了切削深度、切削速度及供给量等工艺参数对目标函数的影响,运用多元线性回归分析法建立切削工艺参数与目标函数的关系模型,从而获得最佳工艺参数组合并进行试验验证.结果表明,切削速度与切削深度对表面粗糙度为负向影响,供给量为正向影响,经优化参数组合加工工件的表面粗糙度均匀性较好,产品表面质量得到了较大改善.     

PCBN刀具加工TC4钛合金的切削加工性

摘要：针对聚晶立方氮化硼（polycrystalline cubic boron nitride, PCBN）刀具材料和钛合金Ti-6Al-4V（TC4）工件材料的特点,采用单因素试验法对切削力和已加工表面粗糙度进行研究;通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）观察和能量分散光谱（energy dispersive analysis system,EDS）扫描分析,对PCBN高速切削钛合金TC4时的刀具损坏形态和损坏机理进行研究;采用对角正交回归试验法,求得PCBN刀具切削钛合金时的刀具寿命经验公式,并分析切削用量对刀具寿命的影响. 研究表明：PCBN高速切削钛合金时,粘结磨损、扩散磨损和脆性磨损是其主要损坏机理,在高切削速度、低进给量、低切削深度下PCBN刀具加工钛合金时的切削加工性最好,因此PCBN适用于钛合金的精加工.     

基于ABAQUS的钛合金稳态切削模拟

本文基于ABAQUS软件的Johnson-Cook材料模型以及ALE网格划分技术对钛合金稳态切削加工过程进行了有限元模拟,并研究了钛合金的切屑成型过程、切削层的塑形应变以及工件温度的分布,从切屑形状上看,模拟结果与试验结果基本吻合。在此基础上分析了不同切削前角、切削深度和切削速度等参数对切削力的影响,发现在一定范围内适当增大切削前角或减小切削深度有利于切削的进行,此外切削速度的变化在一定范围内对切削力影响较小。     

织构刀具凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响

通过TC4钛合金切削试验研究织构刀具的凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响。首先根据蜣螂体表实际凹坑尺寸设计出不同凹坑直径的织构刀具,然后采用切削试验测量非织构刀具与不同凹坑直径的织构刀具在不同进给量下的表面粗糙度和切削力及其各向分力,分析刀-屑摩擦系数、工件表面粗糙度与凹坑直径之间的关系。研究结果表明：织构刀具的刀-屑摩擦系数随着凹坑直径的增大而减小,凹坑直径为50μm、70μm时其摩擦系数高于非织构刀具,凹坑直径为100μm时其摩擦系数低于非织构刀具;工件表面粗糙度总体上随织构刀具凹坑直径的增大而增大,凹坑直径为50～100μm时,采用织构刀具加工可有效改善工件表面质量。     

钛合金TC4铣削加工对表面粗糙度的影响试验

为了探索钛合金材料TC4铣削参数对表面粗糙度的影响,对钛合金材料TC4进行了逆铣铣削试验,设计了以铣削深度、主轴转速、每齿进给量为主要因素的单因素试验,通过对比试验得到了铣削三要素对被加工工件的表面粗糙度的影响规律;通过三因素四水平正交试验,利用极差分析和方差分析得到主轴转速、铣削深度以及每齿进给量对工件表面粗糙度影响的显著性。试验表明:在无冷却液情况下,工件表面粗糙度随主轴转速增大先逐渐增高之后逐渐降低;随铣削深度的增大而增大;随每齿进给量增大而增大;每齿进给量对表面粗糙度的影响较大,其次是主轴转速,铣削深度影响较小。     

高速切削最佳工艺参数的选择

应用田口法时高速切削中切削参数最优化进行了分析．设计并实施了以切削速度、每齿进给量和切削深度为切削参数，表面粗糙度为测量指标的高速切削实验，并利用信号与干扰比、方差分析研究了各切削参数对表面粗糙度的影响，获得了最优切削参数组合。     

亚干式冷却方式对钛合金车削切削力的影响

在CA6140车床上对钛合金进行切削试验,运用正交试验法选取10个4因素5水平试验组;对比亚干式切削与湿式切削在相同切削参数下切削力值的大小.试验表明:在选择合适的切削条件下,亚干式切削力值小于湿式切削力值,证明了亚干式切削可以超越湿式切削的效果.     

金刚石车削表面微观形貌形成机理的研究

为了在超精密加工前预测并控制表面粗糙度，提出一种建立圆弧刃车刀金刚石车削表面微观形貌的几何模型的新方法，开发并编写了表面微观形貌的仿真程序，在程序中考虑了刀具几何参数、振动和最小切削厚度对已加工表面特性的影响，通过理论分析和试验研究确定了最小切削厚度与切削刃钝圆半径之间的关系，分析了影响已加工表面粗糙度的若干因素，并在仿真生成的表面微观形貌中成功地加入了随机振动信号，大量切削试验是在自行研制的亚微米CNC超精密机床上进行的，结果表明：利用所建立的表面微观形貌几何模型，能够预测金刚石车削加工将要获得的表面粗糙度。     

硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验

为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.     

PCD刀具高速铣削SiCp／Al复合材料的表面粗糙度研究

通过切削实验,研究PCD刀具铣削SiC颗粒尺寸较大、体积比含量较高的SiCp／Al复合材料时,切削速度、每齿进给量、切削深度对已加工表面粗糙度的影响,根据对实验结果分析得出切削用量对已加工表面粗糙度的影响规律．     

等离子体抛光对表面粗糙度的影响

为了得到超光滑表面且无表层损伤的光学元件,引入一种新型的超光滑表面加工技术——等离子体抛光.在新设计的等离子加工实验平台上进行了等离子体加工工艺实验,对氧气流量,放电功率大小,磁场大小几个参数对基片表面粗糙度的影响进行了实验研究,且优化了工艺参数.结果表明增加氧气流量,合理控制功率和磁场强度都会使等离子体抛光基片表面粗糙度减小.当氧气流量为50 sccm,功率为80 W,磁场强度为17 mT时,粗糙度达到最小值0.9 nm.