面向钛合金微细铣削的等离子体电解氧化膜层的制备与性能分析

目的 降低TC4钛合金微小零件的铣削难度,提高表面加工质量和加工效率.方法 采用以NaAlO2为主要成分的电解液,借助等离子体电解氧化(Plasma Electrolysis Oxidation,PEO)作用,在TC4钛合金表面原位生长厚度约为20μm的疏松多孔氧化膜层.分别使用扫描电子显微镜、X射线能谱仪对氧化膜层的结构和组成进行表征,采用测力仪、白光干涉仪对氧化膜层微细铣削时的切削力和表面粗糙度进行测量.结果 氧化膜层为TC4钛合金原位生长所得,厚度较为均匀,约为20μm.结构疏松多孔,孔隙率高,孔洞分布较为均匀,与基体结合力差.与TC4钛合金相比,氧化膜层的弹性模量和硬度分别降低了79.8％和75.0％;相同切削参数下,三向铣削力分别降低了91.90％、78.13％和42.62％,表面粗糙度Ra值减小了52.6％.结论 该氧化膜层较传统膜层而言,有更加疏松多孔的结构,强度更低,可明显降低微细铣削的三向力,加工表面粗糙度明显降低,且无明显的顶部毛刺.该方法显著降低了TC4钛合金微细铣削的加工难度,有效改善了加工表面质量,验证了等离子体电解氧化的方法用于辅助铣削TC4钛合金的可行性.     

基于Deform的大长径比PCD微铣刀结构设计及参数优化

微细铣削技术是最适合加工高深宽比微结构的微细加工技术之一,而微铣刀制约着微细铣削技术的发展。针对高深宽比微结构的微细铣削加工,设计一种大长径比PCD直刃微铣刀,通过Deform有限元仿真研究不同微铣刀结构参数对铣削力和毛刺高度的影响规律。进一步地,采用多目标曲面响应分析方法对侧刃后角、底刃后角和底刃倾角3个因素进行试验设计,得到优化后的微铣刀结构参数为侧刃后角30°,底刃后角15°和底刃倾角7°。      

羰基铁–环氧树脂基吸波材料疏水结构的制备及性能研究

目的 改善羰基铁–环氧树脂基电磁波吸收材料在海洋环境中的耐腐蚀性和电磁波吸收性能。方法 将皮秒激光加工与微细铣削技术相结合,在羰基铁–环氧树脂复合材料表面制备复合疏水微结构,采用单因素实验分别考察了栅格间距为30、20μm时皮秒激光加工功率、扫描速度、扫描次数对所制备表面结构接触角的影响规律,采用扫描电子显微镜对激光加工后的结构形貌进行分析,筛选出疏水性能较好的激光加工参数;选用不同直径的微细铣刀对所筛选的激光参数加工后的表面进行微细铣削,得到复合疏水结构,并采用共聚焦显微镜和光学显微镜观察复合结构的形貌,根据复合结构的疏水性能和加工效率,筛选合适的微细铣刀直径。通过耐腐蚀性能测试对比未处理试样、仅经过皮秒激光加工后试样、仅经过微细铣削加工后试样及复合加工后试样在质量分数为5%的Na Cl溶液中的耐腐蚀能力,采用矢量网络分析仪对比各结构的电磁波吸收能力。结果 当激光加工的栅格间距为20μm,激光功率为3.5 W,激光扫描速度为1 000 mm/s,扫描次数为5时,所得到的表面微结构静态水接触角达到143°;在该表面上使用直径200μm的微细铣刀得到的复合结构接触角达到137.5°,且加...     

超声协同气膜屏蔽微细电解铣削加工技术研究

为了改善微细电解铣削加工存在的加工效率低和水跃现象导致的杂散腐蚀等问题,提出在电解加工过程中引入超声场和气流场的超声协同气膜屏蔽微细电解铣削加工技术,并探索不同加工参数对材料去除效率、工件加工质量的影响规律。结果表明:相同参数下,超声协同气膜屏蔽微细电解铣削加工的微槽平均宽度相较于超声辅助微细电解加工降低11.69%、微槽平均深度相较于气膜屏蔽微细电解加工增大28.56%,验证了该技术的加工可行性与优越性;在电压10 V、气压0.03 MPa、脉冲频率120 kHz、扫描速度0.36 mm/min、振幅8μm时,超声协同气膜屏蔽微细电解铣削加工技术能加工出精度较高、侧壁锥度较小的微槽结构。     

超声纵-扭复合铣削钛合金刀具磨损特性研究

目的采用超声纵-扭复合振动加工方法,获得较长的刀具使用寿命。方法采用理论建模与不同铣削振动方式,研究刀具磨损特性。通过超景深电子显微镜和粗糙度测试仪,分别对刀具微观形貌、工件表面粗糙度进行了分析;通过不同铣削方式加工钛合金材料,对刀具磨损特性进行了系统分析。结果与普通铣削和超声纵振铣削相比,超声纵-扭铣削方式下,刀具后刀面磨损减小,工件表面粗糙度降低。经测试,当去除面积为6356mm~2时,超声纵-扭复合加工刀具后刀面磨损量VB为103μm,分别比普通和超声纵振加工时降低了38μm和36μm。当去除面积为4530 mm~2时,Ra为1.2μm,普通铣削和超声纵振铣削的Ra则分别为1.62μm和1.38μm。由于超声纵振加工仅仅是在轴向方向实现了分离,后刀面时刻冲击着已加工表面,当去除面积为6356 mm~2时,刀具后刀面磨损量反有超出普通铣削的趋势。结论超声纵-扭复合加工从旋转方向内实现了刀-屑分离,在铣削过程中,极大地减少了刀具后刀面对已加工表面的冲击,从而使得刀具寿命有所延长,为高效加工、难加工材料提供了一种加工方法。     

三维微结构微细电火花和电解组合加工实验研究

提出一种微三维结构的微细电火花和微细电化学组合加工工艺,利用三维伺服扫描微细电火花加工快速去除三维型腔材料和微细电解铣削加工形成高精度和高质量三维型腔轮廓表面的互补优势,实现三维微结构的高效率和高精度加工。该组合加工工艺可在同一台微细电加工装置上进行。以在四方体型腔内形成设计尺寸为400μm×400μm×180μm四棱柱结构的加工为例,实验加工出尺寸为410μm×406μm×181μm的四棱柱结构,加工材料的去除速度分别为微细电火花加工31 182μm3/s,微细电解加工11 017μm3/s,得到了加工效率和加工精度的优化组合。     

硬质合金刀具磨损对Ti60铣削表面完整性的影响

刀具磨损是影响材料加工表面质量的重要因素。利用后刀面磨损量V_B分别为0、80、213、286、392μm的K44硬质合金球头铣刀对Ti60钛合金进行铣削实验,测试在不同刀具磨损状态下加工表面的粗糙度、表面形貌和纹理、残余应力、显微硬度和微观组织,分析了Ti60铣削表面完整性与刀具后刀面磨损量V_B之间的关系。结果表明：随着后刀面磨损量V_B的增加,表面粗糙度由0.683μm变化为1.554μm,表面形貌和表面纹理也随着刀具磨损量变化呈现出不同的特征,表面残余应力与显微硬度增加,残余应力层深度和硬化层深度分别达到35μm和40μm,表层微观组织中丛域状α沿着铣削加工进给方向发生了一定程度的扭曲变形,塑性变形层厚度由3μm增加至8μm。     

基于高速铣削的微细电极加工方法

微模具型腔的高效、高精密加工,一直是制约微模具制造技术发展的瓶颈问题.以微细 电火花加工用的圆柱阵列结构微细电极为对象,研究了应用高速铣削加工技术,实现微细电极的高效、高精密加工方法.通过优化分析微细电极结构和高速铣削加工参数及刀具路径,获得了尺寸和形状精度及表面质量均满足要求的阵列结构微细电极,并以制得的微细电极进行...     

超声振动辅助铣削加工钛合金表面摩擦磨损性能研究

目的研究超声振动辅助铣削加工钛合金表面形貌及摩擦磨损性能的优势。方法将0、6、12μm的超声振动振幅分别施加到铣削加工的进给方向加工TC4钛合金,得到不同加工参数条件下的表面形貌。用多功能扫描电子显微镜观察不同条件下的微观表面形貌,并且对不同表面的摩擦磨损性能进行了测试,分析了超声振动对表面摩擦磨损性能的影响。结果施加超声振动后,表面微观形貌与传统铣削加工存在较大区别。表面微观形貌不仅存在因进给速度产生的进给划痕,还存在一定规律的微观织构。摩擦磨损试验分析了干摩擦与润滑脂摩擦两种情况。干摩擦条件下,超声振动对摩擦系数的影响较明显,振幅为6μm时,摩擦系数有所减小;振幅为12μm时,摩擦系数有所增大。脂润滑条件下,摩擦系数变化较小。结论通过超声振动辅助铣削可以加工出具有一定微观形貌的表面织构,这些微织构的存在影响了加工表面的摩擦磨损性能,对于研究表面抗磨减阻性能有一定的作用。     

硬质合金刀具材料主要物理力学性能对钛合金铣削加工的影响

本文主要研究了硬质合金刀具材料的物理力学性能对其铣削钛合金表现的影响。两种含钴量(分别为13%和12%)和晶粒度(分别为0.5μm和0.4μm)相近的超细硬质合金材料具有不同的韧性、强度和硬度,并被同时用于铣削Ti-6%Al-4%V钛合金。结果表明使用强度和韧性较好的合金制成的刀具耐用度更高,更合适用作钛合金铣刀的基材。这主要由于与普通钢材(如45#钢)相比,钛合金铣削加工时的切削阻力更大,需要刀具材料足够强韧来支持切削过程中刀具刃口的完整性。     

金属切削加工中铣刀及切削参数的选择

文章介绍了铣削加工中铣刀及其几何参数的合理选用,切削用量的选择、切削功率的计算及常见问题的解决方法.     

模具平面铣削刀具的选择方法

根据模具平面铣削的要求,就铣刀刀体选择、铣刀片的选择、顺铣和逆铣3个方面具体进行了分析,为模具平面铣削刀具的选择提供了参考。     

激光铣削玻璃的试验研究

采用Nd:YAG脉冲激光器对普通玻璃进行铣削加工.系统地研究了工艺参数对铣削量和铣削面质量的影响规律,并利用优化的铣削工艺对玻璃进行多种形状无裂纹铣削加工试验.     

7075-T651铝合金铣削参数与刀具几何参数的多目标同步优化方法

目的 降低铣削力和铣削热,以减小7075-T651铝合金工件的加工变形,并提高金属去除率。方法 提出一种面向2类参数（铣削参数和刀具几何参数：转速、进给量、径向切深、轴向切深、前角、后角）旨在实现多个目标（铣削力、铣削温度和金属去除率）同步优化的方法。基于偏最小二乘法回归模型和7075-T651铝合金工件铣削有限元仿真模型,建立关于2类参数的铣削力、铣削温度及金属去除率的函数关系,并采用8种典型多目标优化算法进行求解。结果 通过Pareto前沿曲面的可视化和HV性能指标,筛选出适合解决本文问题的优化求解算法,获得的部分铣削参数,转速为5 966.30 r/min,进给量为0.08 mm/z,径向切深为4.53 mm,轴向切深为4.99 mm。刀具几何参数分别为前角17.95°、后角2.00°,此时对应的铣削力为232.12 N、铣削温度为22.56℃、金属去除率为33.08 mm3/min。结论 上述优化结果可实现较低铣削力和铣削温度以及较高金属去除率等综合控制目标,对7075-T651铝合金工件铣削加工时降低工件变形量和提高加工效率等方面具有实际应用价值。     

数控铣床逻辑进给振动铣削的试验研究

研究利用数控铣床的逻辑控制系统进行工作台的脉冲式的进给,实现脉冲切削力作用的分离型的数控振动铣削。研究了脉冲振动方向沿进给方向的振动铣削和脉冲振动方向与进给方向成一定角度的振动铣削过程,并对铣削过程进行了切削力对比试验。试验结果表明：脉冲振动方向与进给方向成一定角度的振动铣削可以降低铣削力,强化铣削过程,降低切削温度,对表面粗糙度影响不大;随进给路线、逻辑关系的不同,切削效果差别很大。     

Investigation of surface integrity in high speed end milling of a low alloyed steel

Understanding the effects of cutting speed, feed rate and cutting depth on surface integrity is very important for the control of workpiece quality. This paper presents a global experimental study of surface integrity in the case of high speed end milling. In the global term, we include measurements of residual stresses, surface roughness and cutting forces. Our observations and conclusions are mainly concentrated on the effect of depth of cut with a set of constant parameters, such as cutting speed, feed rate, and tool/material couple. This set of constants has been determined using the theory of stability lobes. All experiments have been performed with an electro-spindle equipped with magnetic bearings. The results lead to a good understanding of the influence of cutting conditions on surface integrity in high speed milling of a low alloyed steel. The discussion examines a specific point where the residual stress and residual stress gradient are lowest and also the origin of the residual stress value.     

微细铣削铝合金6061表面毛刺研究

目的揭示微细铣削铝合金6061过程中,铣削工艺参数(切削深度a_p、每齿进给量f_z、切削速度v)、顺逆铣方式、刀具磨损对毛刺大小及形态的影响规律,为控制铝合金6061毛刺,提高表面质量,优化切削工艺提供参考。方法基于单因素试验方法,采用涂层硬质合金微直径铣刀,对铝合金6061进行了铣削加工试验,分别对切削参数单因素试验的逆铣、顺铣顶端毛刺大小数据以及刀具磨损、毛刺形态信息进行采集和分析。结果直观绘制了a_p、v、f_z对逆顺铣两侧顶端毛刺大小的影响规律图。单因素切削速度试验中,顺铣侧毛刺最大为323μm,逆铣侧最大为268μm;单因素每齿进给量试验中,顺铣侧毛刺最大为332μm,逆铣侧最大为331μm;单因素切深试验中顺铣侧毛刺最大为314μm,逆铣侧最大为264μm。结论逆铣比顺铣的顶端毛刺小,随切削深度增加,毛刺依次呈现长条须状、撕裂状、波浪形锯齿状。刀具磨损是造成切削过程不稳定的重要因素,同时也会造成毛刺形态和大小不稳定。为尽量减少毛刺,应采用锋利刀具和逆铣方式,控制切削深度,选择合适的切削速度和进给量。     

利用大进给量铣削提升模具制造生产率的研究

大进给量统削(High Feed Cutting/HFC)工艺是一种以整个铁刀直径用全切削(α_e=D)的方式,同时采用较小的切削深度(即背吃刀量α_p)和很高的进给速度进行切削的高效切削工艺,有很高的材料切除率。其目的是显著缩短粗加工或半精加工的时间,因此,原则上大进给量铣削(HFC)是属于高效铣削(HPC)工艺的范围。常规的高效铣削(HPC)工艺是一种通过高的吃刀量(α_p,α_e)、高的进给速度(v_f)和切削速度(v_c)实现高材料切除率的切削工艺。而大进给量铣削(HFC)工艺,顾名思义,显然是专注于通过很高的进给速度实现工件多余材料去除效率,进而提高模具制造生产率的一种制造工艺。实现这种大进给量铣削工艺需要有特殊的刀具,为此,众多刀具供应商开发了具有能实现大进给量铣削的几何形状的刀具,以达到提高生产率的目的,其原理就是通过减小刀具主偏角进而增大刀具切削刃与工件接触长度来实现的。     

数控滚铣齿形联合加工机床的设计

主要对数控滚铣联合齿形加工机床的总体设计方案进行研究。分析机床运动功能,设计总体结构方案、驱动及控制方案,详细阐述主要电气控制部分的设计。     

球头刀高速铣削残留高度研究

高速铣削技术的发展 ,在很多场合高速铣削已作为模具的终加工工序。残留高度是影响加工表面粗糙度的主要因素 ,本文在分析铣削加工过程中刀具刀刃实际扫成面的基础上 ,建立了实际刀刃扫成面的方程。通过求扫成面的交点 ,求出球头铣刀的铣削残留高度。消除了计算的原理误差 ,提高了计算精度。全面分析各有关因素对高速铣削残留高度的影响规律。