TC4钛合金微细铣削仿真与试验研究

钛合金由于其高的强度和耐热性、低的导热系数,在微细加工时若切削参数选择不合理容易导致切削力大、加工质量不稳定。在微细铣削加工中,由于刃口半径和尺寸效应的存在,选择合适的切削参数对于切削状态的改善有重要意义。通过仿真和试验对比分析,研究TC4钛合金在微细铣削过程中每齿进给量对切屑变形、铣削力和加工表面粗糙度的影响,以期为改善微细切削状态、提高加工表面质量提供合适的切削参数选择指导。结果表明,在使用刃口半径为2.05μm、刀具直径为1 mm的硬质合金铣刀对TC4钛合金进行微细铣削加工时,微细铣削TC4钛合金切削状态发生转变时所对应的临界每齿进给量为0.8μm/z;微细铣削时每齿进给量应大于此临界值。     

切削参数对粗精铣合体刀具铣削加工表面质量的影响

采用硬质合金刀具,通过单因素实验对铸铝材料的表面铣削加工过程进行研究,获得最佳的切削参数,提高加工表面质量。实验以粗精铣一次完成工艺代替粗加工—精加工分步完成的加工工艺,研究粗精铣合体刀具加工中最佳的切削参数组合。实验结果表明,对于铸铝零件,切削加工的最佳切削参数组合为:切削速度v=3000r/min、进给量f=1000mm/min、背吃刀量a p=0.3mm。通过比较不同工艺下切削参数与表面质量之间的关系,得出在相同表面质量的要求下,粗精铣合体刀具在铣削过程可简化加工工艺,缩短加工时间。     

基于响应曲面法的TC32钛合金高速铣削加工表面粗糙度研究及参数优化

TC32是近年来出现的一种新型低成本中高强度高韧性钛合金。为了获取TC32钛合金表面加工质量与切削参数之间函数关系,选择表面粗糙度作为目标响应,以线速度v、每齿进给量f_z、切削深度a_p以及切削宽度a_e为因素,设计了基于响应曲面法的试验方案,建立了TC32钛合金高速铣削加工表面粗糙度的二阶响应方程,并进行了方差分析和显著性检验。试验结果表明,以最小表面粗糙度为响应目标,铣刀底齿加工的最优参数组合为：线速度v=85m/min,每齿进给量f_z=0.07mm/z,切削深度a_p=0.80mm,切削宽度a_e=7.00mm;侧齿加工的最优参数组合为：线速度v=85m/min,每齿进给量f_z=0.07mm/z,切削深度a_p=22.38mm,切削宽度a_e=1.08mm。     

SLM钛合金3D打印件铣削加工参数优化分析

针对SLM钛合金3D打印件表面质量无法满足装配精度要求,仍需进行二次加工的需求,设计正交试验方案,建立表面粗糙度的预测模型并进行铣削参数优化分析,为SLM钛合金3D打印件铣削加工的切削参数选择提供依据。首先,对实验数据进行多元线性回归,建立适用于SLM钛合金件的铣削加工表面粗糙度数学预测模型,给出了切削速度、每齿进给量、轴向切深及径向切深与表面粗糙度的量化关系;建立以加工效率和表面粗糙度为优化目标的多目标切削参数优化模型,使用Pareto最优解集理论进行多目标切削参数优化,优化结果表明在切削速度130 m/min,每齿进给量0.01 mm/齿,轴向切深0.40 mm时可以得到较好的加工表面粗糙度及较高的加工效率。     

高效加工TC4钛合金的铣削过程数值模拟

目前,难加工材料TC4钛合金在切削过程中存在加工效率低、加工表面质量差和刀具使用寿命低等难题。本文针对提高TC4钛合金的加工效率问题,在高速铣削条件下对立铣刀不同轴向切深侧铣加工TC4钛合金进行仿真研究。利用ABAQUS软件建立三维铣削有限元模型并进行相应仿真试验,获取和分析了不同切削条件下的铣削温度场和铣削力波形,并对比了切屑形态。本研究可为高效铣削TC4钛合金实际加工提供理论依据。     

基于国产装备的钛合金TC4高效铣削试验研究

钛合金TC4在航空领域得到广泛应用,然而其加工效率极低。以民机零件为试验对象,开展了钛合金高效铣削试验,试验结果表明:乳化液更利于切削热量的排放,减少刀具磨损,延长刀具寿命;利用3轴和5轴配合加工方式,可以提高航空工件曲面的加工效率,曲面重构可以提高工件的加工表面质量;合理的切削参数,能够充分发挥国产装备的切削性能,材料去除率达到了75 cm3/min。     

TC4圆弧形槽铣削刀具的研发设计及试验研究

针对TC4钛合金圆弧形槽的加工设计一种专用铣削刀具。在钛合金切削加工过程中,刀具参数角度是影响工件表面粗糙度和加工精度稳定性的重要因素,在采用高速钢刀具对TC4钛合金进行高精高效加工时,利用刀具几何角度减小断面与圆弧面圆角半径,达到圆弧半径清根作用。在TC4钛合金圆弧形槽铣削加工中,设计了一种以W18CR4V高速钢为基体的切削刀具,并进行了铣削加工试验,利用SuperView W1光学3D表面轮廓仪测量其粗糙度和轮廓度,工件表面精度可达Ra1.6μm,且具有较强清根作用,经过试验对比验证,本设计可达到高效率铣削钛合金效果。     

切削参数对钛合金叶片铣削力的影响分析

进行钛合金叶片加工时,切削力易导致加工变形,影响加工精度和表面质量。因此利用UG软件建立钛合金叶片和切削刀具的三维模型,采用仿真软件建立铣削仿真模型,研究分析了切削参数的变化对铣削力产生的影响。对仿真所得铣削力进行极差分析,判断切削参数对铣削力的影响情况,并通过实际铣削加工试验对比仿真数据验证其准确性和可行性,基于此仿真模型对切削参数对轴向力的影响程度进行了单因素分析。研究结果表明：铣削钛合金叶片时,切削参数对切削力的影响程度从大到小依次为切削速度、背吃刀量和每齿进给量;切削速度与轴向力成反比,每齿进给量和背吃刀量与轴向力成正比。     

淬硬钢模具型腔铣削稳定性分析

在淬硬钢模具型腔铣削加工过程中,模具型腔表面曲线曲率不断的变化会引起实际切削参数的变化,偏离程序中设定的名义参数,各刀齿铣削状态不再完全相同。针对淬硬钢模具型腔曲线铣削过程的未变形动态切削厚度,实际径向切深、刀具-工件接触区域等进行修正,并建立铣削动力学模型,运用全离散法进行铣削稳定性分析,得到铣削稳定叶瓣图;并分析模具型腔形状参数和铣削工艺参数对铣削稳定性的影响,为铣削加工时切削参数的选择,改善工件的表面质量提供依据。     

高强度钢高进给铣削时切削参数对切削力的影响

高进给铣削是一种高效铣削方式,不同于传统的加工方法,其切削深度较浅,每齿进给量较大,而高强度钢是一种典型的难加工材料。通过正交试验法对高进给铣削高强度钢的切削力进行仿真,应用极差和方差分析研究切削速度、切削深度和每齿进给量对切削力的影响。结果表明,通过提高切削速度来增加高进给铣削高强度钢的切削效率,有利于减小切削力。以切削力最小为目标的最优切削参数为v_c=100m/min,a_p=0.8mm,f_z=1.0mm/z。     

AlTiN涂层刀具精铣TC4钛合金工艺参数的影响与优化

采用AlTiN涂层4刃?10 mm硬质合金立铣刀,在VMC850立式加工中心上对TC4钛合金进行铣削精加工试验。利用高精密数字化检测设备,对加工成形的TC4钛合金试件表面粗糙度、平面度、平行度、表面形貌、残余应力及显微硬度测量。分析AlTiN涂层刀具在设定不同工艺参数条件下TC4钛合金的整体加工质量和表面形貌变化规律。结果表明:在主轴转速n=8000 r/min、每齿进给量f z=0.04 mm/z、切削深度Δd=0.5 mm的最优精铣工艺参数下,TC4钛合金工件的加工质量和表面形貌好,刀具寿命长,其平面度为0.39μm,平行度为0.33μm,表面粗糙度为0.70μm,表面残余应力为-175 MPa,表面显微硬度为269 HV 0.2,实现了TC4钛合金的高质量高效率的精铣加工。     

基于响应曲面法的钛合金TC21铣削参数优化

针对新型损伤容限型钛合金TC21的难加工性,通过基于响应曲面法的中心复合设计铣削试验研究工艺参数对切削力的影响规律,建立二阶响应曲面模型,以最小切削力为目标优化工艺参数。研究结果表明:轴向切深和每齿进给对切削力影响显著,径向切深和切削速度对切削力影响较小,最优加工参数为v_c=119.71m/min,f_z=0.06mm/z,a_e=0.87mm,a_p=16.01mm。将最优加工参数应用到工程实践中,可提高整体硬质合金刀具寿命和各类型零件的加工效率。     

型腔类零件的数控加工

在普通铣削加工中,型腔类零件大都是使用成形刀具直接成形出来的。但是切削时刀具处于满刃状态、切削受力大、排屑差,零件的精度与表面粗糙度难以控制和达到要求。利用数控铣削加工此类零件均可通过走刀轨迹加工并能达到零件图要求。但在实际加工时(比如深槽加工、内腔转角圆弧小且内腔深度较大)都应在工艺上做相应的处理。通过对圆腔、方腔、带孤岛的腔体类零件的分析与数控加工可知加工工艺的确定非常重要。     

液氮冷却下大进给铣削TC4钛合金的试验研究

钛合金是现代飞行器的主要结构材料之一,是一种典型的难加工材料。针对切削加工钛合金时刀具磨损快、表面质量不易控制等难题,将TC4钛合金作为研究对象,以液氮作为冷却介质,进行了TC4钛合金的大进给铣削试验,测试了液氮冷却条件下大进给铣削TC4钛合金的铣削力、铣削温度以及刀具磨损等,并与乳化液和低温冷风条件下的测试结果进行了对比分析。结果表明:在以较大的切削速度和每齿进给量铣削TC4钛合金时,采用液氮冷却比使用乳化液能更有效地降低切削力和切削温度;比采用低温冷风冷却能更有效地延长刀具寿命。     

航空钛合金高效插铣加工实验与多目标优化研究

钛合金整体叶盘是航空发动机的重要零部件,结构复杂,加工难度大。插铣加工因其轴向承受能力强和刚性大等特性,非常适合加工钛合金整体叶盘这类难加工、结构复杂的零部件。针对钛合金插铣加工效率的问题,采用响应曲面法设计插铣实验,建立切削力经验模型,以切削力和材料去除率为目标,采用NSGA-II算法进行多目标优化获得Pareto最优解。研究表明:切削力随主轴转速的增加而缓慢减小,随切削宽度、切削步距和每齿进给量的上升而增加;与实验初始参数组合相比,优化后的材料去除率提高了81.19%,而切削力减小了23.68%,达到了本研究的高效加工目标。     

内置被动阻尼器减振铣刀的实验测试

提出一种长径比接近8的内置被动阻尼器减振铣刀结构。开展阻尼器模态测试,确定最优结构设计方案。对内置被动阻尼器减振铣刀进行周向模态测试,研究减振铣刀在不同方位的动力学特性。选取铝合金和钛合金工件材料,开展多组切削参数组合下的切削实验测试。在铝合金切削时,减振铣刀的加工噪声、切削力和表面粗糙度比无阻尼铣刀平均下降了52.1%,49.5%和73.4%;在钛合金全槽铣削时,能够在无阻尼铣刀出现明显颤振的切削条件下实现平稳切削。     

Prediction of regenerative chatter in the high-speed vertical milling of thin-walled workpiece made of titanium alloy

With the wide application of high-speed cutting technology, high-speed machining approach of titanium alloy has become one of the most effective ways to improve processing efficiency and to reduce the processing cost, but the cutting chatter which often occurs in the cutting process not only affects the machining surface quality but also reduces the production efficiency. Regenerative chatter is a typical phenomenon during actual cutting, and it has the greatest impact on the cutting process. With the purpose of avoiding regenerative chatter and selecting appropriate cutting parameters to achieve a steady cutting process and a high surface quality, it is necessary to determine the critical boundary conditions where chatter occurs. Built on the work of previous theoretical researches of regenerative chatter, this paper utilized Visual C++ software to calculate the chatter stability domain during the finish machining of titanium alloy. It was shown that the border between a stable cut and an unstable cut can be visualized in terms of the axial depth of cut as a function of the spindle speed. Using the result, it can find the specific combination of machining parameters, which lead to the maximum chatter-free material removal rate. In order to verify the result, the high-speed milling experiment of an I-shaped thin-walled workpiece made of titanium alloy was conducted. It revealed that the actual machining result was consistent with the calculation prediction. This study will offer a useful guide for effective parameter selection in future CNC machining applications.     

Milling of Ti alloy honeycomb treated by ice fixation in cryogenic

ABSTRACT

This article presents the first comprehensive investigation on ice fixation milling method for titanium (Ti) alloy honeycomb with cryogenic cooling. Milling simulation model of ice fixation was established, the material was treated by ice fixation process, and a series of cryogenic experiments was conducted by CNC milling machine. The honeycomb properties and reasons of machining defects were analyzed in details, whilst cryogenic milling mechanism with ice fixation was deduced. The analysis indicated that compared to the conventional processing way, the ice fixation milling surfaces have great improvement, and the processing defects such as burr, collapse edge are effectively suppressed, as well as ice fixation cryogenic method can improve the strength of honeycomb. Meanwhile, the cutting depth has greater influence on surface quality. Furthermore, the influence order of cutting parameters on the milling force: cut deep is the largest and more than three times can be improved, followed by feed speed, and the spindle speed has minimal impact. Conclusion: for efficient processing of Ti alloy honeycomb material with small in-plane radial equivalent strength and low rigidity thin-wall, the ice fixation provides a new processing method with cryogenic cooling.     

高速铣削铝合金时切削力和表面质量影响因素的试验研究

对高速铣削典型铝合金框架结构工件时的切削力和加工表面质量进行了试验研究。在高速进给铣削时 ,当进给方向发生改变 ,机床的加减速特性将导致在拐角处进给量减小、铣刀切入角增大 ,从而引起切削力增大和加工振动。在恒切削效率条件下高速铣削铝合金的试验结果表明 ,高速铣削时宜采用较小的轴向切深和较大的径向切深 ,以减小铣削力、提高加工表面质量 ;刀具动平衡偏心量是高速铣削时引起轴向振纹的主要原因