微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析

针对微织构刀具对切削工件表面残余应力的影响,设计不同尺寸的垂直槽和平行槽微织构,利用有限元仿真技术,模拟不同类型、不同尺寸微织构PCBN刀具干式车削GCr15试验。通过对有限元结果进行研究分析,得到已加工表面残余应力分布情况,并与无织构PCBN刀具对比,分析微织构对已加工表面残余应力的影响。有限元仿真结果表明:与无织构刀具切削工件表面获得拉应力相比,槽型织构刀具切削后的工件已加工表面呈现压应力,提高工件表层的耐磨损和耐疲劳性能;宽度50μm垂直槽和宽度40μm平行槽刀具切削得到的工件表面压应力最大,对工件表面应力分布影响最显著。     

微织构铣刀干铣削RuT500切削性能研究北大核心

为探究微织构对刀具加工蠕墨铸铁RuT500切削性能的影响,改善RuT500的可加工性,利用激光技术在刀具前刀面制备了3种形式的微织构并通过单因素试验方法,在不同切削速度下将微织构刀具和无织构刀具对RuT500进行铣削加工,对比分析了微织构的方向和类型在加工中切削性能的差异。结果表明,表面微织构可以有效降低切削力,改善切屑形态和工件表面质量,在一定程度上降低了前刀面磨损;3种微织构在部分相同切削速度下对切削性能的影响有较大差别;切削速度较大时,微织构更有利于RuT500的切削加工。在3种微织构中,以平行于主切削刃的沟槽织构刀具切削性能最优。     

条形槽微织构对PCBN刀具切削性能的影响

微织构作为刀具结构设计的新方法，对刀具的性能产生一定的影响。在刀具前刀面设计制备条槽型微织构，结合有限元仿真技术，从理论上分析条形槽微织构对切削力和已加工表面质量的影响，再设计切削试验，对有限元仿真结果进行实际验证。结果表明:有限元仿真和切削试验结果基本一致；与无织构刀具相比，条形槽微织构能够减小切削力且对主切削力的影响最显著，对进给力的影响较弱；条形槽微织构使工件表面应力、塑性应变和粗糙度均小于无织构刀具的，提高了工件已加工表面质量，其表面粗糙度仅为1.54 μm。      

超硬织构化刀具高速切削钛合金试验研究

目的研究高速切削钛合金过程中表面织构对刀具切削性能的影响。方法通过开展常规(无织构)和织构化聚晶金刚石(PCD)刀具高速切削钛合金试验,分析不同条件下切削力、摩擦系数、切削粘结的变化。结果增加切削速度能够有效降低PCD刀具的切削力和摩擦系数。当切削速度为16.485~175.84 m/min时,相对于无织构刀具,织构化刀具的干切削性能在总体上表现最佳,且织构化刀具在干切削时的进给抗力、主切削力和摩擦系数最大分别降低了约71.75 N、39.95 N、0.13。结论高速切削可以显著降低刀-屑界面的切削力、摩擦系数。织构化PCD刀具在低速下的干切削性能明显优于常规刀具,且优于低温润滑条件时的减摩效果。     

微织构刀具对工件表面残余应力影响的有限元分析

针对刀具对切削工件表面残余应力的影响,文章利用有限元仿真技术,模拟微凹坑PCBN刀具干式车削AISI 52100试验,通过对有限元结果进行处理分析,得到已加工表面残余应力分布情况,与无织构PCBN刀具对比,分析微凹坑对已加工表面残余应力的影响,并研究不同切削速度对微织构刀具切削后的残余应力产生的影响。有限元仿真结果表明:无织构刀具在较高的切削速度下,可以使工件表层获得残余压应力,从而提高工件的耐疲劳等性能;与无织构刀具相比,微凹坑刀具在较低的切削速度下,可以使工件表层获得残余压应力。有限元仿真得到的残余应力结果对微织构刀具在切削加工领域的应用有实际的推动作用。     

高温合金切削刀具表面凹槽织构参数的优化研究

为获得切削性能优异的镍基高温合金专用切削刀具,采用有限元仿真和切削试验研究车刀前、后刀面直线型织构凹槽的织构角度、凹槽间距和凹槽宽度对镍基高温合金GH4169切削过程中切削力和切削温度的影响规律。仿真结果表明:前刀面织构能降低刀具切削力和切削温度;与织构间距和凹槽宽度相比,凹槽织构的角度对刀具切削力和切削温度的影响更显著;当在刀具前刀面平行主切削刃建立凹槽状织构,织构间距60μm、凹槽宽度20μm时,切削力较低,切削温度最低。同时,切削试验显示平行于切削刃的织构刀具耐磨损性能和切削寿命均最好。织构刀具的工作寿命相比于无织构刀具提升了66.7%。     

PCBN刀具高速铣削TC4钛合金切削性能与工艺参数优化研究

针对钛合金TC4(Ti-6Al-4V)的加工特性,采用PCBN刀具,基于单因素试验,研究高速铣削条件下工艺参数对切削力、切削振动等的影响规律,提出综合考虑切削力、切削振动、表面粗糙度的工艺参数优选方法。研究表明:切削力和切削振动随切削速度v和每齿进给量f_z的增大呈现一定的波动,随径向切深a_e和轴向切深a_p的增大而增大,切削振动受切削力影响较为显著。考虑切削性能,以材料切除率为优化目标,以切削力、切削振动和表面粗糙度等为约束条件,建立工艺参数优选模型,可得到不同约束条件下工艺参数的优选组合。     

基于响应面法的环网柜接线套管干切削工艺参数优化研究

采用干切削加工是修复环网柜接线套管表面烧蚀、裂痕的一种有效方法。利用单因素试验研究切削用量在未涂层、TiAlCrN涂层和TiAlSiN涂层刀具下对切削力的影响规律。在单因素试验的基础上运用Box-Behnken中心组合试验方法,采用性能最优的TiAlSiN涂层刀具对环网柜接线套管切削工作参数进行试验研究,以切削速度、进给量和背吃刀量为试验因素,以刀具切向力、轴向力、径向力为试验指标进行三因素三水平二次旋转回归正交试验。通过建立响应面数学模型,分析各切削工艺参数对切削性能的影响,并对试验因素进行综合优化。试验结果表明：影响切削力显著顺序为背吃刀量＞进给量＞切削速度;最优参数组合为切削速度94.589 m/min、进给量0.097 mm/r、背吃刀量0.501 mm,此时刀具切向力为11.75 N、轴向力为34.80 N、径向力为19.53 N;验证试验结果与理论优化值基本吻合。     

刀片槽型对GH4169车削寿命的影响

本文从刀片槽型结构出发,通过调节刃带宽度和刀具前角设计四款不同槽型刀片,对GH4169进行车削试验。通过测力仪(Kistler 5070)测量刀片切削力和超景深显微镜(Easson)观察刀具的磨损形貌,分析刀片的受力曲线和磨损曲线。试验表明:切削速度在45~85 m/min范围内,随着切削速度的增加,不同槽型刀片切削力都是先增大后减小;相同参数条件下,刀片槽型前角越大,剪切变形减小,受力越小;切削速度较低时,3°~15°前角范围内,刀具刃口强度好的刀片寿命好;切削速度较高时,通过增大第一前角和切削刃强度有助于提高刀具寿命;切削速度45 m/min时,刃口强度好的SNR1槽型切削寿命好;切削速度65 m/min,槽型最锋利且有加强筋强化切削刃的SNR4槽型切削寿命好;切削速度85 m/min,刃口强度和前角都较大的SNR2槽型切削寿命好。在本文切削速度范围内,SNR2能较好的满足使用要求。     

基于DEFORM的刀具几何参数与切削力关系的研究

切削力是切削过程中重要的参数之一,它对工件的加工精度、加工所消耗的功率及刀具的磨损程度等方面都有着重要的影响。影响切削力的因素是多方面的,如工件材料的性能、刀具的几何参数、切削用量的影响、切削液的使用情况等等[1]。文章以镍基合金为切削载体、以DEFORM为仿真平台,建立切削仿真模型,研究了刀具角度对切削力的影响,仿真结果与实际切削过程一致,验证了仿真的有效性,从而为研究者提供了一种实验成本低、实验时间短的方法来确定切削刀具工作角度。     

基于斜角切削的铣削力三维数值模拟

采用有限元软件建立反映金属切削过程中高温、大应变、大应变率的模型,模拟了A16061 - T6铣削加工中刀具微元的斜角切削过程,得到了微元切削力的变化曲线.利用不同切削厚度的仿真结果,分析了切削力、切削力系数与厚度的关系,建立了切削力系数与切削厚度的函数关系模型.利用此模型,模拟了瞬时铣削力.通过铣削试验获得了相同铣削条件下的铣削力,与模拟铣削力比较,发现两者具有良好的一致性,证明了模型的正确性.为复杂工况下铣削力的研究、工件变形预测以及铣削工艺参数优化奠定了基础.     

薄壁零件切削参数优化系统研究

针对薄壁零件自身强度低、加工易变形的问题,通过优化调整切削参数的大小,进而调整动态切削力大小和控制切削状态,使因切削力影响造成薄壁零件的加工变形量能满足公差要求,且使加工状态始终处于稳定,降低切削震动造成的变形,从而实现薄壁零件的高精、高速、高效加工.     

PCD刀具切削加工硬脆材料时负切削力现象的研究

本文以辉长岩为全和聚晶金刚石（ＰＣＤ）刀具进行了硬脆材料切削加工试验,在时域和频域内对切削力信号进行了数字信号分析处理,提出,硬脆材料切削为可分为成切削力趋势量切削力随机量两部分。硬脆材料的组成结构特点和切削中刀具的振动是硬脆材料切削力出现负值现象的主要原因。     

原位TiCp/Fe复合材料的切削力及切屑形状

从退火态原位TiCp／Fe复合材料的切削力和切屑形状方面分析了其切削性能。研究结果表明其切削力及切削力的波动范围都小于铸态45钢，其切削性能比45钢好。TiCp／Fe复合材料的切屑为C形屑、长紧卷屑和发条状卷屑，在机加工中，产生这几种切屑是比较理想的。从切屑方面看，TiCp／Fe复合材料的切削性能较好。     

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

扭转超声辅助切削CFRP材料微观去除机理研究

目的 研究加工过程中碳纤维增强复合材料(CFRP)的破坏形式,提高CFRP的表面质量。方法 对扭转超声辅助切削CFRP的切削行为进行分解,建立扭转超声辅助切削CFRP理论模型,进行扭转超声辅助切削CFRP圆盘实验。实验后对切削力、表面粗糙度、表面凹坑特征等参数进行分析评定,并用超景深显微镜与SEM扫描电子显微镜对加工表面质量进行观察。结果 纤维切削力与表面粗糙度呈负相关关系,在粗糙度较大的凹坑区域,其径向力和切向力均相对较低。超声的附加使切削力数值高于该时刻平均水平,同时伴随着更大的能量,使纤维几乎来不及发生弯曲变形就被高能量的切削力瞬间剪断,与传统加工相比,纤维的断裂点和脱粘点之间的距离更小。在传统加工方式下,表面凹坑的平均宽度在50°附近达到最大值(652 μm),表面凹坑的平均深度最高超过30 μm,严重影响了装配精度;在超声加工方式下,凹坑的特征宽度和特征深度明显减小且波动幅度较小。结论 树脂-纤维的脱粘深度决定了表面凹坑的深度和宽度,在扭转超声振动加工方式下,纤维弯曲变形较小,可以有效抑制脱粘情况,纤维断裂形式以剪切断裂为主,而且纤维方向性也得到了抑制,有利于提升表面质量。为了避免CFRP加工中的损伤,可以从复合材料结合强度、CFRP铺层布局与加工工艺等方面着手。     

表面微织构在切削过程中的研究进展

在切削过程中,临近切削刃的刀具前刀面与切屑、刀具后刀面与已加工表面接触区存在的高温高压情况严重影响了刀具服役寿命和工件表面完整性。表面微织构技术是一种先进的表面改性技术,在刀具表面制备不同尺寸参数、形状参数、分布参数的表面织构能够显著影响刀具的切削性能。当刀具表面微织构制备方法不同时,微织构所呈现的性能也不同。首先从制备技术的原理、制备过程、制备技术特点等方面对当前最先进的刀具表面微织构制备技术进行了综述。然后从切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成、工件表面完整性等角度分析了微织构对刀具切削性能的影响规律与机理。在分析切削力、切削温度、刀具磨损、切屑形成等4个指标时重点关注了刀具前刀面微织构所起的作用,在分析工件表面质量时,同时考虑了刀具后刀面微织构、前刀面微织构的影响。最后,介绍了当前微织构的研究热点,主要包括微织构技术与钝化刃口、润滑剂的协同作用对切削性能的影响,以及微织构刀具在切削过程中发生的衍生切削行为。通过对文献的归纳、总结与深入分析,给出了表面微织构未来的研究方向,为刀具进一步优化提供设计参考。     

陶瓷刀具断续车削淬硬钢切削力和切削温度的有限元分析

为揭示Al2O3/(W,Ti)C陶瓷刀具断续车削淬硬钢时的切削力、刀具温度以及刀具应力的变化规律及相互关系,采用有限元方法进行金属切削仿真。仿真结果表明,断续车削过程中,刀具承受十分明显的周期性机械载荷冲击与热载荷冲击;单个切削周期内机械载荷与热载荷的变化规律体现了两者的密切相关性以及时间上的不一致性;由于剪切角偏转的影响,刀具最大主应力显著增大,所以切出过程对刀具破坏的作用尤为严重。