基于径向基函数网络的刀具磨损识别

提出了一种基于灰色关联度优化网络神经元数目和径向基函数网络用于刀具磨损量预测的方法.以选取合理的涵盖影响刀具磨损的有关因素,采用不同切削条件下铣削加工过程刀具后刀面磨损的多组实验数据对网络模型进行训练以及对刀具磨损量进行估计和预测,预测结果与实际基本吻合.结果表明,该方法克服了用一个多元线性公式描述由切削条件和切削带来的后刀面磨损量的变化的刀具磨损高度非线性模型方法的缺陷,对于与刀具磨损量相关因素的非线性本质较易准确表达,所建立的刀具磨损网络模型可以较满意地计算出不同切削条件下刀具后刀面的磨损量.     

铝基碳化硅精密铣削刀具磨损实验研究

针对铝基碳化硅切削加工中刀具易磨损、寿命低、切削难度大和加工成本高等问题,选用不同材料的硬质合金铣刀及金刚石铣刀进行切削加工实验,并利用扫描电镜和工具显微镜对高体积分数铝基碳化硅铣削时刀具磨损形态进行了分析研究.研究表明:硬质合金刀具前刀面和刃口磨损主要形式为粘结磨损和微崩刃,后刀面磨损主要为刻划磨损,而金刚石铣刀加工时刀具磨损很小;YG6X铣刀材料微观组织致密,抗磨损能力较强,宜粗加工时选用;金刚石刀体的硬度远大于SiC颗粒,且金刚石与工件的摩擦系数小,金刚石铣刀寿命远大于硬质合金铣刀,宜精加工时选用.     

基于瞬时铣削力系数法的拼接模具铣削稳定性研究

在拼接模具铣削过程中,由于拼接过缝处硬度差的影响致使铣削力发生突变并加剧振动,进而降低工件表面质量和刀具的使用寿命。针对上述问题本文首先建立了拼接过缝区域的切屑厚度模型,分析了切屑厚度与铣削力系数的关系;然后运用基于Runge-Kutta法的全离散法求解铣削动力学方程,由于瞬时铣削力系数随切削参数的变化而变化,故基于该方法可获得上限和下限的多条稳定性预测曲线,并利用最小包络法形成上、下限的带状区域作为最终的稳定边界;最后综合运用时域、频域分析来验证铣削稳定性预测曲线的准确性。提出的稳定性预测模型可以为大型汽车覆盖件铣削加工过程提供理论参数依据,并解决铣削拼接处冲击载荷引起的振动问题。     

超声铣削C/C复合材料铣削力的理论建模

在平面立铣刀轴向施加纵向超声振动,对超声铣削C/C复合材料的铣削力进行解析。考虑C/C复合材料的层状结构模型和立铣刀的几何模型,以及铣削加工中铣刀旋转为主运动的运动特征,运用斜角切削理论、等效平面和二维正交切削圆的理论对超声振动辅助铣削C/C复合材料的铣削力进行建模,获得了超声铣削中的等效平面角的变化规律。并通过数值模拟与实验讨论了超声辅助铣削加工C/C复合材料时随刀具旋转角度变化的铣削力特征。实验结果表明:铣削力的理论曲线的波形变化趋势与实际测得的铣削力的趋势一致。     

铣削GH4169高温合金用刀具的磨损机理

采用肯纳KYHS10陶瓷刀具对高温合金GH4169进行了高速铣削加工试验,结合Dino显微镜和扫描电镜观察了陶瓷刀具在高速铣削加工后的磨损形貌,并分析了在不同的切削参数下的刀具磨损机理。试验结果表明:陶瓷刀具的磨损形貌主要表现为沟槽磨损、前刀面月牙洼磨损、后刀面磨损、微崩刃和剥落等,主要的磨损机理为黏结磨损、扩散磨损、磨料磨损等,并且在不同的切削参数下磨损机理不同。黏结磨损随切削速度的提高逐渐加剧,磨粒磨损随切削速度的提高而下降。     

包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削颤振稳定性分析

为研究刀具-工件多重交互与速度效应对铣削颤振稳定性的影响,建立了包含刀具-工件多重交互与速度效应的铣削动力学模型,阐明了无刀轴倾角状态下再生效应、过程阻尼、刀具结构模态耦合与速度效应的耦合作用对铣削颤振稳定性的影响规律,研究了不同径向浸入比下刀具-工件交互与速度效应对铣削稳定性的影响。结果表明,与只考虑再生效应的铣削动力学模型相比,当同时考虑再生效应、过程阻尼与刀具结构模态耦合时,得到的稳定性叶瓣图中颤振区域发生明显变化;当主轴转速较低时,刀具-工件之间的多重交互效应是影响铣削颤振稳定性的主要因素,速度效应对极限切深的影响可忽略不计;随着主轴转速升高,速度效应对极限切深的影响逐渐增大,稳定性叶瓣图中稳定区域呈逐渐减小趋势;在一定范围内,随着铣刀后刀面磨损带的增加,铣削极限切深逐渐增大;主轴转速一定时,径向浸入比相对较小的情况下过程阻尼对铣削稳定性的影响更加明显。采用铣削试验进行验证,结果表明,与传统动力学模型相比,构建的铣削动力学模型能够更加可靠地预测实际铣削状态。     

炭/炭复合材料切削加工试验研究

探讨了Ｃ／Ｃ复合材料结构和机构物理性能的特殊性及机构切削加工的特点。用ＳＥＭ观察了不同切削条件下切屑的断口形貌。用５种不同的刀具材料、刀具角度及几何开头相同的刀具，在一定的切削工艺参数条件下，对该材料进行切削试验，以刀具有前刀面和／或后刀面的磨损率为判据，最佳刀具材料为ＹＧ８，在切削Ｃ／Ｃ复合材料的过程中，轨具的磨损极为严重，刀具磨损的主要机理是粘着磨损和磨粒磨损。     

铣削过程颤振稳定性分析的研究进展

综述铣削过程颤振稳定性分析的研究概况和进展。颤振建模和稳定性分析是该方法两个关键环节。依据颤振形成的物理条件,将其分为摩擦型颤振、振型耦合型颤振和再生型颤振。从切削过程的非线性和切削系统的非线性两方面,重点介绍再生型颤振的非线性建模的研究成果。稳定性分析方法根据对颤振模型的求解方法,分为频域法、离散法及数值法,概括了各个方法的特点、效果及适用工况。最后介绍了近来兴起的微细铣削研究领域中颤振稳定性分析的研究成果。由于其尺度效应,微细铣削加工具有独特的加工机理和特点,颤振建模中需考虑的因素与传统铣削多有不同,但稳定性分析方法仍大多沿用传统铣削中的方法。     

切削SiC增强铝基复合材料时刀具的磨损形态及机理

为研究切削SiC增强铝基复合材料时刀具的磨损形态和机理,采用硬质合金和聚晶金刚石(PCD)刀具进行了各切削工况下的切削试验。用爆炸式快速落刀装置获取切屑根,研究了前刀面的磨损部位。借助扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM),检测分析了前、后刀面的磨损形态和成分组成,并进一步研究了磨损机理。结果表明:切削刀具的主要磨损部位发生在后刀面,磨损机理是磨料磨损;前刀面临近刃口区域首先产生由SiC增强相引起的磨料磨损,该区域随后由机械镶嵌生成积屑瘤,积屑瘤脱落后导致产生黏结磨损。黏结磨损的程度较轻,没有形成月牙洼型。前刀面离刃口稍远的区域(积屑瘤尾部后面)会同时产生由切屑底层SiC增强相引起的再次磨料磨损,磨料磨损的主要机理是"微切削"。     

双顶角钻头钻削CFRP复合材料的刀具磨损机制

为了研究碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料切削中刀具在不同部位的磨损机制和规律,以典型的硬质合金双顶角钻头作为研究对象,主要研究对出口分层影响较大的横刃和对最终制孔成型影响较大的第二主切削刃的磨损机制及规律。通过减小磨损测量间隔,并引入切削刃钝圆半径以及后刀面磨损带宽度,表征了横刃和第二主切削刃在加工中的衰变过程。基于显微刃口观测和钝圆半径变化,揭示横刃易崩刃和第二主切削刃磨损后又受到重新刃磨的磨损机制,获得了此类型钻头不同部位的磨损规律。同时,基于上述的磨损表征,研究不同切削部位磨损量对钻削轴向力和力矩的影响,横刃轴向力与横刃钝圆半径变化相关性较小,而钻削最大力矩与第二主切削刃后刀面磨损变化规律相一致。     

一种改进的螺旋齿铣刀立铣切削力计算方法

计算铣削力是求解螺旋齿立铣加工动力学方程的一个重要的中间环节,普遍采用将刀具沿轴向离散成微元段逐个计算再求和的近似方法。基于线性切削力模型,通过变量替换将任意时刻判断刀齿是否进入切削区的窗函数从铣削力积分中消去,同时将铣削力积分上下限由整个轴向切入深度替换为实际进入切削区的刀刃段的方位角,得到可以直接计算的定积分。最后给出一种螺旋齿铣刀铣削力的解析计算表达式,在求解铣削动力学方程时能够简化铣削力的计算过程。仿真结果表明,该方法所需计算量与求解直齿铣削动力学方程相当,并且不存在刀具轴向离散导致的误差,能够有效提高螺旋齿立铣动力方程的求解效率。     

镍基铸造高温合金K24的切削温度实验研究

通过实验,分析了使用YW1刀具切削K24时,切削用量对切削温度的影响。对切削温度影响最大的是切削速度,但是,随着切削速度的增加切削温度的增加量是下降的。这是因为在切削过程中,速度的增加使得副后刀面磨损加剧,切削深度减小,切削力减小,切削温度也随着相对降低。切削用量对切削温度的影响其次是进给量,影响最小的是切削深度。通过实验所得的切削用量与切削温度的经验公式,将这3个公式合并可得到切削用量对切削温度的总的经验公式。     

WC硬质合金表面涂层摩擦磨损特性及其铣削性能研究

为了研究WC硬质合金表面氮化物涂层的摩擦磨损特性及其对刀具铣削性能的影响,采用物理气相沉积法(PVD)在WC硬质合金表面分别沉积了TiN、CrN和TiAlN 3种氮化物涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验机分析了WC硬质合金及3种氮化物涂层的组织和摩擦磨损性能。以45钢为被铣削材料,研究了WC硬质合金及3种氮化物涂层刀具的铣削性能。结果表明：氮化物涂层能有效提高WC硬质合金的表面硬度和耐磨性能,3种氮化物涂层中,TiAlN涂层的硬度最高,相比WC基体提高了26.5%,TiAlN涂层能显著提高WC硬质合金的耐磨性能,其磨损特征为较小的磨粒磨损和轻微氧化磨损。TiAlN涂层的高硬度和高耐磨性能更有利于铣削45钢,铣削过程中产生的氧化膜易覆盖在刀尖表面,起到保护刀具表面的作用,进而显著提高刀具的铣削性能。同时相比其他涂层,TiAlN涂层刀具后刀面的磨屑的黏附少,表现出较强的排屑能力,这对于提高刀具的铣削性能具有重要意义。     

过程阻尼对铣削系统稳定性的影响

对铣削加工中过程阻尼的形成机理和其对加工稳定性极限的影响进行分析。过程阻尼来源于后刀面与工件干涉产生的犁耕效应,利用隐式龙格库塔法,计算干涉产生的浸入面积以及阻力,建立考虑过程阻尼的非线性模型。仿真结果表明,相对于传统的,不考虑过程阻尼的线性动力学模型,非线性模型中的低速区稳定性极限可显著提高,并且通过铣削实验予以验证。     

超精密切削单晶硅的刀具磨损机理

为了研究超精密切削单晶硅过程中金刚石刀具后刀面发生急剧磨损的机理,对单晶硅（111）晶面进行了超精密切削实验,并采用X射线光电子能谱分析仪对单晶硅已切削表面进行化学成分分析.实验结果表明：切削区域的高温高压导致金刚石刀具发生碳原子扩散磨损;切削过程中有碳化硅和类金刚石两种超硬微颗粒形成,而随着切削路程长度的逐渐增加,超硬微颗粒并不随之消失;碳化硅和类金刚石超硬微颗粒在金刚石刀具后刀面刻画和耕犁,从而产生沟槽磨损,直接导致金刚石刀具产生急剧磨损.     

基于ABiGRU的铣刀磨损监测方法研究

为了准确监测铣削加工过程中刀具磨损程度，提出了一种基于双向门控循环神经网络融合注意力机制(ABiGRU)的刀具磨损监测模型。在该监测模型中，通过对振动、力和声发射传感器采集到的时序数据进行时域、频域和时频域分析，使用spearman相关系数提取与后刀面平均磨损量强相关的20维特征。引入ELU激活函数来优化BiGRU网络，解决梯度消失问题；利用内部注意力机制提升模型对于重要特征信息的捕捉能力，快速实现从特征到刀具磨损值的映射。通过与RNN、LSTM、GRU、BiLSTM和BiGRU进行的对比分析，结果表明：该模型能够准确地表征刀具磨损程度，并使模型的精度和效率得到了较大的提高。     

钝化处理对Co-Cr-Mo合金摩擦性能的影响

利用高温钝化处理方法,在Co-Cr-Mo合金表面得到钝化膜。标准摩擦试验考察了不同温度钝化试样在牛血清白蛋白溶液润滑下的摩擦学特性。表面轮廓仪、硬度测试仪、扫描电镜及X-射线衍射光谱仪分别表征了钝化膜的表面形貌、硬度及化学组成物质,并探讨了摩擦磨损机理。结果表明:钝化后试样表面均有尖晶石状Cr2O3晶体生长现象。钝化膜厚度及表面粗糙度、硬度均随钝化温度升高而增大。由于试样钝化后硬度增加,接触面间摩擦剪切力减小,从而引起摩擦系数值的降低。钝化试样表面耐磨性提高,其磨损形貌受到初始表面粗糙度及钝化膜与基材的结合力的综合影响。     

面向石墨模具精密加工的金刚石涂层结构及性能

金刚石涂层具有接近天然金刚石的超高硬度及耐磨性,被认为是精密加工石墨模具的理想刀具涂层材料.金刚石涂层与刀具基体间的结合力及涂层表面状态是高速干式切削加工质量及效率的关键,金刚石涂层前处理过程控制及涂层工艺是影响金刚石涂层刀具综合性能的重要因素.本工作基于热丝化学气相沉积技术,采用酸-碱-酸三步法对硬质合金材料进行前处理,在涂层沉积过程中采用大气流量及高炉压沉积工艺在刀具基体表面沉积金刚石涂层.采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射光谱(XRD)对涂层微观结构及物相结构进行分析表征,利用纳米压痕仪对金刚石涂层硬度进行测试,利用喷砂试验测试金刚石涂层的抗冲刷性能,利 用石墨模具切削试验表征金刚石涂层刀具的切削性能.结果表明,金刚石涂层呈典型八面体结构,涂层与基体紧密结合、无明显孔隙,金刚石涂层刀具表面粗糙度为157 nm,sp3键含量大于98％,(涂层硬度大于90 GPa),涂层沿(111)面择优生长,抗冲刷时间大于150 s(0.5 MPa,120目),涂层刀具高速切削石墨模具2 h后,被加工面表面粗糙度小于1 μm,达到进口刀具水平.切削完成后刀具前刀面出现少量崩缺,前刀面磨损是此类刀具加工石墨模具的主要磨损形式.     

AlTiXN/AlTiN(X=Cr,Si)纳米多层涂层的制备及铣削性能研究

采用电弧离子镀技术在硬质合金基体和立式面铣刀上分别沉积了AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层,采用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能谱仪、纳米划痕、纳米压痕以及摩擦实验和切削实验等对AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN纳米多层涂层的结构、力学性能、摩擦性能和切削性能进行分析。结果表明,上述涂层表面形貌均较平整、大颗粒数量较少,涂层截面均较为致密。AlTiN涂层的膜基结合力为47 N,AlTiCrN/AlTiN在极限载荷为49.79 N时出现大块剥落,而AlTiSiN/AlTiN涂层的膜基结合力较大,为53.76 N。AlTiN、AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN涂层的硬度分别为24.9±3.42,26.24±2.36,32.74±4.21 GPa。在600℃高温摩擦磨损测试过程中,AlTiN涂层其磨损机制主要表现为磨粒磨损和氧化磨损,而AlTiCrN/AlTiN及AlTiSiN/AlTiN涂层磨损机制主要为粘着磨损和氧化磨损。涂层刀具铣削加工钛合金(Ti6Al4V)的寿命长短依次为AlTiNAlTiCrN/AlTiNAlTiSiN/AlTiN。AlTiN涂层刀具的磨损形式主要是粘着磨损氧化磨损,AlTiCrN/AlTiN涂层铣刀的磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损及氧化磨损,AlTiSiN/AlTiN涂层的磨损形式为边界磨损、粘着磨损、氧化磨损。AlTiCrN/AlTiN、AlTiSiN/AlTiN多层涂层的硬度和膜基结合力较高且具有较低的磨损率,使得涂层在切削过程中具有更长的切削寿命。     

多齿铣刀侧铣加工多层CFRP铣削力的建模与仿真

由于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的层间结合强度较低,进行切削加工时在切削力的作用下容易出现分层和毛刺等质量缺陷。因此,通过对切削力的预测与控制可以有效提高加工质量。采用瞬时刚性力模型对多齿铣刀侧铣多层CFRP材料的加工过程进行铣削力建模与仿真,分析了多齿铣刀特有的几何结构对切削力的影响。试验中保持切削速度恒定,以不同进给速度分别对45°、0°、-45°和90°这4种典型纤维方向的单向CFRP进行侧铣加工,通过测得的切削力数据计算各自的铣削力系数。根据力学矢量叠加原理得到了多向CFRP铣削力系数的简化计算表达式,最后将计算结果代入铣削力模型得到了各时刻的铣削力仿真值。在同样的试验条件下对该多向CFRP进行侧铣加工验证试验,试验结果表明: 该模型能较好地预测铣削力,最大相对误差小于9%,平均相对误差小于5%,可为铣削参数优化和刀具结构优化提供理论基础。