飞机难加工材料1Cr15Ni4Mo3N超声铣削加工试验研究

针对传统铣削加工过程中切削力过大、切削温度过高、刀具磨损严重、加工硬化现象显著、难以实现飞机难加工材料高效高质量加工等问题,组建以刀具为振动对象的超声振动铣削试验平台,开展飞机难加工材料1Cr15Ni4Mo3N合金钢超声铣削加工技术试验,研究超声振动辅助作用对难加工材料铣削加工过程中铣削力、铣削表面完整性以及刀具磨损的影响规律。研究结果表明,超声振动辅助铣削可以减小切削力,减缓刀具磨损,增加刀具使用寿命,提高工件表面质量,是一种切实可行的工艺方法。     

超声振动铣削陶瓷基复合材料切削力模拟研究

针对陶瓷基复合材料在加工过程中易出现毛刺、分层、崩边等加工问题,提出超声振动切削方法加工陶瓷基复合材料并进行了铣削过程的有限元模拟分析。给出了主轴转速、进给速度对铣削过程中各向切削力的影响,对比分析了超声振动铣削加工与普通铣削加工的切削力波形曲线。结果表明,两种加工方法各向切削力均随主轴转速的增大而减小,进给速度的增大而增大,但当主轴转速达到4000r/min时,超声作用消失,超声振动切削力与普通铣削切削力相当;同时,超声振动铣削加工条件下各向切削力峰值都明显低于普通铣削切削力,平均切削力更是有大幅度降低,超声振动切削方法更适合加工陶瓷基复合材料。     

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明：合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。     

超声振动精密铣削钛基复合材料试验研究

采用单因素法制定试验方案,对原位合成法制备的钛基复合材料用PCD铣刀在超声振动和普通铣削工况下进行高速铣削试验,通过铣削力、表面微观形貌及粗糙度、刀具磨损形态和机理研究该材料的加工特性。结果表明：超声振动铣削可以显著减小三向铣削力,原因是超声振动提高了系统的刚度。试验方案中存在着最佳铣削速度,在最佳铣削速度切削时会产生较小的切削力、适合的切削温度,有利于增强相被PCD刀具直接切断、晶须原位压入或向切削方向发生转动,从而在加工表面上明显减少微细划痕、犁沟、微孔洞、基体撕裂或熔融堆积等缺陷,获得纳米级的加工表面。PCD刀具前后刀面都没有月牙洼磨损产生,而是以犁沟状的磨损形态为主,机理是磨料磨损。     

C/E复合材料螺旋铣削制孔方法抑制缺陷产生的机理

传统钻削加工碳纤维/环氧树脂(Carbon/epoxy,C/E)复合材料时容易产生加工缺陷,而螺旋铣削作为一种新的制孔方法在航空材料的加工中逐渐受到关注。为分析螺旋铣削制孔方法抑制缺陷产生的机理,以传统钻削加工为参照,分别利用螺旋铣削及传统钻削两种方法对C/E复合材料进行制孔试验,并对螺旋铣削与传统钻削刀具的运动轨迹进行分析。在具有相同的加工效率及刀具切削速度的基础上,对两种加工方法的加工参数进行优化。进行制孔对比试验,并对制孔过程中的切削温度、切削力及加工质量进行检测与分析。结果表明,切削温度是影响C/E复合材料制孔质量的重要因素,且由于螺旋铣削制孔时的切削温度显著低于传统钻削制孔温度,因此螺旋铣削制孔质量明显优于传统钻削制孔质量。螺旋铣削制孔时的切削温度较传统钻削时降低69℃以上,降幅大于36%,因此有效避免了制孔出口处的撕裂及分层现象。     

铣削508Ⅲ钢硬质合金刀具敏感性分析

508Ⅲ钢材料应用于核岛AP1000蒸发器水室封头中,是一种高强度、高硬度和高断面收缩率的低碳合金钢。硬质合金刀具在切削508Ⅲ钢时,会产生较大的切削力以及切削振动,从而影响刀具使用寿命。本文进行硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢试验,探究切削力以及切削振动信号对刀具磨损敏感性的变化趋势的影响,并运用互相关函数分析切削力以及切削振动信号对硬质合金刀具磨损形态的敏感程度。试验结果表明:切削力较切削振动相比,对刀具磨损形态的影响较大,并在切削速度为298m/min时,切削力、切削振动对刀具磨损形态互相关程度较高。为进一步研究通过切削力等信号检测刀具磨损状态提供试验及理论参考。     

CFRP/Ti叠层材料螺旋铣孔与钻孔的刀具磨损对比与分析

针对螺旋铣孔与传统钻孔刀具磨损的问题,对CFRP/Ti叠层材料进行螺旋铣孔与传统钻孔试验。在相同加工效率及切削速度的基础上,对两种工艺加工孔的切削力及刀具后刀面磨损长度进行了测量。结果表明:制孔过程中,螺旋铣削制孔的切削力明显小于钻削制孔的切削力;加工过程中,螺旋铣削制孔的切削力比钻削制孔的切削力更加平缓;同等参数条件下,螺旋铣削加工到24孔时刀具失效,传统钻削加工到18孔时刀具失效;螺旋铣削制孔的刀具比钻削制孔的刀具更加耐磨,加工孔数更多。     

SiCp/Al轴向超声振动微铣削的切削特性试验研究

针对SiCp/Al复合材料微铣削刀具易磨损、难以获得高质量加工表面的问题,对40%体积分数的SiCp/Al复合材料采用轴向超声振动进行辅助微铣削,根据轴向超声振动微铣削的切削特点,通过试验研究铣削力信号的幅频特性,三向切削力随主轴转速、切削深度和每齿进给量的变化规律,并与普通微铣削进行和对比。结果表明:采用轴向超声振动辅助微铣削,三向铣削分力都呈现出随主轴转速先增大再缓慢减小的趋势,可使3个方向的铣削力减小10%～50%。     

SiCp/Al复合材料超声振动辅助切削研究现状与进展

阐述了SiC_p/Al复合材料在切削过程中存在的一些问题,从SiC_p/Al复合材料超声振动辅助加工中的刀具材料与刀具磨损、切屑与切削力以及表面质量三个方面概述了SiC_p/Al复合材料切削加工的研究现状,对促进SiC_p/Al复合材料高效切削加工的措施进行了总结。     

纵扭超声铣削残余应力三维有限元仿真与试验

针对钛合金等航空难加工材料,提出采用纵扭复合超声振动辅助铣削的加工方法以实现压应力抗疲劳制造。根据侧铣-顺铣加工特性,基于热力耦合作用建立了钛合金铣削等效三维有限元仿真模型,有效提高了计算效率,实现了刀具作为载体的纵扭超声振动仿真。根据铣削残余应力的形成机理,通过机械应力和热应力的加载-释放,完成了加工残余应力的仿真。利用所建立的有限元模型,从切削力、切削温度以及加工残余应力角度出发,对比分析了传统铣削和纵扭超声铣削的差异性,得出纵扭超声振动能够有效降低切削力和切削温度,增大表面压应力值和压应力层深度。通过试验对纵扭超声铣削等效模型进行了验证,结果表明所建立的三维有限元模型能够以较高的精度对切削力、切削温度和加工残余应力进行预测;进一步通过数值模拟研究了刀具几何参数以及超声表征参数对加工残余应力的影响规律,为实现钛合金的压应力制造奠定了基础。     

考虑电流和振动的涂层铣刀磨损规律实验研究

随着切削技术向着高速、高效和干式加工等方向发展,刀具涂层和切削状态监测技术成为影响切削技术发展的主要因素,研究刀具涂层以及刀具磨损引起的切削状态改变对促进制造业发展具有重要意义。利用铣削实验得到了相同切削条件下,不同涂层的3把硬质合金刀具的加工磨损情况。通过分析各个刀具磨损过程中铣削力信号、主轴电流信号以及切削振动信号的变化,得到了无涂层、Ti Al N涂层以及Al Ti N涂层刀具在切削过程中表现出的磨损规律。结果表明:Al Ti N涂层的耐磨性能更好,3把刀具的主轴电流有效值和切削振动信号质心频率的变化均有效反映了刀具磨损情况。在立铣加工过程中,可以将上述两种特征值用于刀具磨损实时在线监测。     

TiAlN涂层硬质合金可转位刀具快速铣削钛合金刀片磨损研究

快速铣是一种新兴的粗加工方法,研究它的刀具磨损机理对提高刀具寿命和加工效率有着重要的作用。采用硬质合金快速铣刀片在工件上进行了钛合金TC17铣削实验,研究了不同切削参数对切削力的影响,采用多元线性回归建立了切削力数学预测模型,分析了各铣削参数对切削力的影响规律,通过对后刀面的检测,分析了刀具磨损形貌和磨损机理。结果表明:每齿进给量、切削深度对切削力的大小影响显著,切削宽度和主轴转速影响很小,在试验参数范围内,选用切削参数组合为:f_z=0.8 mm/z、a_p=0.5 mm、a_e=20 mm、s=600 r/min进行可转位刀片的磨损试验,快速铣可转位刀片的主要磨损形貌为后刀面磨损、材料剥落,后刀面主要磨损机理为黏结磨损,同时会产生一定程度的扩散磨损。     

新型涂层刀具干式铣削加工SKD11切削性能研究

具有高硬度、耐高温、高耐磨性能和良好韧性的涂层刀具在干式切削加工中的应用越来越多,不同涂层刀具的应用场合及先进涂层的开发已成为目前涂层刀具技术研究的重点。本文基于TiAlN、AlTiN和TiAlN+WC/C三种涂层刀具在干式铣削加工SKD11时的切削力、切削温度和刀具磨损等物理量,对其切削性能作了详细分析。研究结果表明:在干铣加工SKD11时TiAlN+WC/C涂层刀具和AlTiN涂层刀具优于TiAlN涂层刀具,其中AlTiN涂层刀具的涂层材料硬度最高,而且在切削高温影响下生成Al2O3的薄膜层能延长该涂层刀具的寿命;TiAlN+WC/C涂层刀具的切削力小、刀具耐用度高,是干式铣削加工模具钢SKD11的理想刀具。     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损、前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃。超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性,刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工。     

PCD刀具超声振动车削SiC_p/Al复合材料时的切削力特性研究

用PCD刀具对SiCp/Al复合材料进行了超声振动车削与普通车削的对比试验 ,探讨了切削速度、进给量和切深三种切削参数在两种切削状态下对切削力的影响规律 ,得出了超声振动车削SiCp/Al复合材料的主切削力经验公式。     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

介绍了采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究.试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损,前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃.超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性.刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工.     

变参数铣削刀具磨损状态监测研究

针对切削力旧有时域特征易受切削参数变动影响而不适用于变参数铣削刀具磨损状态监测的缺陷,采用了一组新的无量纲切削力时域特征(归一化切削力指标NCF、变异系数Cv和峰值力比MFR)。并以难加工材料TC4钛合金变参数铣削实验来验证新特征在变参数铣削刀具磨损状态监测上的有效性,分别以新旧特征作为SVM分类器的输入,分析和比较结果表明本文提出的无量纲切削力时域特征对切削参数变化不敏感,而仅对刀具磨损状态变化敏感,因此能够实现变参数铣削刀具磨损状态监测。     

陶瓷基复合材料铣削力优化及刀具磨损研究

SiCf/SiC陶瓷基复合材料具有硬度高和耐磨损等特点,在切削加工时存在切削力大和刀具磨损严重等问题.采用正交试验法对SiCf/SiC陶瓷基复合材料开展了铣削试验,使用极差法对铣削力进行分析,通过分析铣削加工参数对铣削力的影响规律,得出铣削深度对铣削力的影响最大.同时,分析铣削深度对刀具磨损的影响结果表明,随着铣削深度...     

C/SiC复合材料超声振动加工切削力单因素试验研究

切削力是切削过程中重要的物理量之一,对切削加工过程中的切削热、加工工件的表面质量以及刀具磨损和寿命等具有重要的影响。因此,在C/Si C复合材料加工特性及加工机理研究中,对切削力的研究是至关重要的。通过单因素试验,摸索出单一工艺因素对切削力的影响规律。     

刀具槽型对铣削高强钢切削力及刀具磨损影响

采用两种槽型的涂层硬质合金刀具对高强度钢AF1410进行高效铣削试验,研究刀具槽型对刀具磨损和切削力的影响.试验结果表明,在整个切削过程中,两种槽型刀具的磨损主要发生在后刀面;切削前期,负倒棱较窄的刀具磨损较大;在中后期,负倒棱较宽的刀具磨损量较大,负倒棱较宽的刀具各铣削分力均较大;整个切削过程中,两种槽型刀具的切向和...