锻压镁合金材料端面高速铣削过程中切削力特征规律分析

在切削速度471～2 356 m／min内,综合应用析因试验设计与均匀试验设计,对镁合金进行了高速铣削试验。在分析其切削力特征规律的基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的数学模型。试验结果表明：高速切削镁合金材料时,切削速度和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。     

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。     

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。     

7050铝合金切削力预测模型构建及切削参数优化

为弥补7050铝合金切削力预测模型的不足,通过切削参数正交实验,得出切削参数(铣削速度、切削深度和进给量)对切削力的影响规律;并利用Matlab7.0软件编写M文件及计算程序,得出切削力预测模型;最后,将切削参数代入预测模型进行验证。结果表明,所建模型能较好地应用于切削力预测。     

DLC涂层立铣刀的磨损形态及机理分析

利用DLC涂层刀具对碳纤维增强复合材料(CFRP)进行铣削加工,研究刀具的主要磨损形态及磨损机理,分析刀具磨损对铣削力和铣削加工质量的影响规律。结果表明:DLC涂层刀具主要存在磨粒磨损和涂层剥落等磨损形态,而树脂黏附主要出现在涂层剥落区;随VB值的增大,分层因子F_d逐渐增大,且刀具进入急剧磨损阶段,F_d呈快速增大趋势;随VB值的增大,切削力增大趋势较为平缓,当VB值超过62μm时,切削力出现较明显增大;切向切削力F_y对分层因子F_d的影响显著,当径向切削力F_x超过192 N时,F_x对F_d的影响显著增强。     

多晶锗塑性切削机制和力学特性的仿真研究

为探究多晶锗纳米尺度的塑性切削机制和力学特性,采用分子动力学方法(MD)模拟金刚石刀具纳米切削多晶锗过程,对材料的晶体结构,位错分布及演变,应力传导和切削力波动规律进行详细分析;并研究不同切削参数对加工过程的影响。结果表明:晶体结构的非晶转变和晶界与晶体滑移,位错等缺陷相互作用,导致切削力周期性波动;切削过程中非晶体区沿晶界扩展,但晶界阻碍非晶体区跨晶界扩展;位错仅存在晶界附近,而位错类型和数量随晶界处的原子运动和破坏程度发生改变,材料塑性去除主要由晶粒内部的非晶转变和晶界的位错运动所致;晶界的等效应力比晶粒大,分布和传导方向与非晶体原子的一致;切削速度增加使切削区温度上升、应力和切削力减小;切削深度增加易使缺陷原子数量上升,位错线长度降低。通过Diamond结构多晶的研究结果证实多晶锗切削仿真的正确性。     

切削参数对高速铣削Stellite6合金切削力的影响

通过正交试验对Stellite6合金进行高速铣削加工，用极差、方差分析研究切削速度、轴向切深、径向切深和每齿进给量对切削力的影响。结果表明：在研究范围内，铣削参数对切削力的影响显著性由大到小为每齿进给量、轴向切深、径向切深、切削速度；以切削力最小为目标的最优切削参数组合为vc=100 m/min,fz=0.08 mm/z,ap=0.4 mm,ae=18 mm。     

刀具形状及工艺参数对模具钢NAK80高速切削过程的影响

通过建立等效二维高速切削有限元模型,对影响模具钢NAK80切削过程的因素进行研究。通过Johnson-Cook材料本构方程描述材料特性,切屑的分离采用基于断裂力学的几何—物理分离准则,用修正的库伦摩擦定律表征前刀面与工件的接触状态。对不同刀具前角、切削速度、切削深度下的高速切削过程进行仿真,分析不同参数下切屑形态、切削力与切削温度的变化情况。结果表明,合理的选择刀具前角、切削速度与切削深度,可以优化切屑形态,降低切削力与切削温度,对切削过程的优化具有一定的指导意义。     

圆环面铣刀高速铣削S50C模具钢的工艺参数研究

为了探究高速铣削过程中工艺参数对表面粗糙度的影响规律,采用多因素正交试验方法对常用模具钢S50C进行高速铣削试验,测量了使用圆环面铣刀铣削加工时不同主轴转速、进给速度、切削深度、切削行距、刀具倾角下加工工件的表面粗糙度,利用人工神经网络结合遗传算法建立了表面粗糙度预测与工艺参数优选模型,并且对模型的有效性进行了验证。结果表明,此方法可以用于切削加工前表面粗糙度的预测与工艺参数的优选,同时也为其他材料加工工艺参数的研究提供了方法。     

TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究

采用AlCrN涂层整体硬质合金立铣刀铣削TC4钛合金,测量周刃磨损量、切削力和切削振动。使用扫描电镜（SEM）观察刀具磨损形貌,应用能谱分析的方法研究刀具失效表面元素的分布规律。在揭示磨损机理的基础上,进一步探讨刀具磨损对切削力、切削振动的影响规律,为实现钛合金加工刀具磨损状态的在线检查提供理论和技术支持。研究表明：前刀面主要出现机械裂纹、热裂纹、粘结磨损和氧化磨损,后刀面出现机械裂纹、粘结磨损和氧化磨损;整体上,切削力和振动随着磨损量的增大而增大,但不同磨损状态对切削力和振动的影响不同。     

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。     

芳纶纤维增强复合材料低温铣削研究

为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。 为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。     

高效切削高强钢切削力和切削温度仿真研究

基于Abaqus有限元仿真软件建立切削30CrNi2MoVA高强钢的二维模型，研究切削力和切削温度随切削参数的变化规律。结果表明：高效切削30CrNi2MoVA高强钢时，切削力随切削速度的变化不明显，随切削深度的增加近乎直线增大；刀尖和前刀面的最高温度随切削速度和切削深度的增加而增大。     

二硅酸锂玻璃陶瓷切削力试验研究

用硬质合金刀具对二硅酸锂玻璃陶瓷进行车削试验来研究切削力。结果表明:随着切削速度增加,主切削力发生类周期性波动,但总体呈减小趋势,切深抗力先减小后增加,进给抗力周期性波动;随着进给量增加,3个方向的切削力都先减小后增大;随着切削深度增加,3个方向的切削力都增大。分析已加工表面微观形貌,测量表面粗糙度,据此给出车削二硅酸锂玻璃陶瓷较为合理的工艺参数取值范围。     

叠层复合材料超声振动辅助螺旋铣削制孔工艺的试验研究

针对某40CrNiMoA/玻璃纤维增强塑料（GFRP）航空叠层复合材料构件连接孔的制孔质量差和加工效率低的问题,提出了超声振动辅助螺旋铣削制孔新工艺。分析了超声振动辅助螺旋铣削制孔方法的刀具运动轨迹,给出了超声振动有效加工的振幅范围,在相同的切削速度与加工效率下,分析比较了3种不同 工艺方法的切削力、切削温度及制孔质量。试验结果表明：相对普通螺旋铣削与钻削,超声振动辅助螺旋铣削加工40CrNiMoA材料时切削力分别降低25%和40%,最高切削温度降低15.7%和22%;加工GFRP材料时,最高切削温度降幅分别为16.5%和50%,且孔出口撕裂、毛刺等缺陷明显减少,达到制造要求。     

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。     

基于反求法的7055铝合金Johnson-Cook本构模型研究

为建立满足7055铝合金高速切削有限元模拟的本构模型,基于准静态拉伸实验和分离式霍普金森压杆(SHPB)动态冲击实验,采用变量分离和非线性拟合得出7055铝合金的初始Johnson-Cook(J-C)本构方程;结合高速铣削实验,基于Oxley切削模型的反求法对初始本构方程参数进行修正,建立7055航空用高强铝合金高温、大应变、高应变率材料本构模型。利用ABAQUS软件和获得的J-C本构方程建立7055高速切削有限元模型。有限元模拟的主切削力与实验结果相差较小,表明所建立的J-C本构方程能较好地应用于高速切削模拟。     

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.     

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。     

炮钢铣削力正交试验与数值仿真

炮钢是一种重要的兵器材料,为提高炮钢的加工精度及表面质量,对切削条件与铣削力的影响规律进行研究。采用正交试验法探讨了各种因素对铣削力的影响规律,建立了铣削力仿真模型,得出了炮钢切削深度、切削速度及每齿进给量等3个切削参数的铣削力经验公式,在加工中心上利用9257B型三向测力仪测量切削力信号,并用数值计算的方法给出相同的铣削力分布数值。结果表明：该铣削力仿真模型准确,试验数据可信。该研究方法可为金属切削理论、材料的切削加工工艺性能和优化切削工艺性能等研究提供一定的参考。