复合材料切削温度影响因素的实验研究

从切削温度的影响因素出发,研究尼龙、45号钢以及碳纤维3种材料在车削加工过程中切削温度的变化规律。通过实验,改变切削参数,进行切削温度的测量并测得切削后的加工表面质量,研究了切削参数对切削温度的影响。实验结果表明,随着切削速度、进给量和背吃刀量的增加,切削温度升高,加工表面的粗糙度增大。为了研究刀具磨损对切削温度的影响,测量了相同切削参数下刀具不同磨损程度的切削温度和切削后的加工表面质量。分析发现,刀具磨损会造成切削温度的升高和表面粗糙度的增大。     

基于硅油减振器的螺纹旋风铣削刀盘系统抑振研究

螺纹旋风铣削的多刀具断续切削方式将加剧刀盘与工件间的交互冲击,引起刀盘系统的扭振,影响加工质量。以旋风铣削刀盘系统为研究对象,针对其在周期性切削力矩下发生扭振的特点,提出在铣削刀盘上安装硅油式减振器的抑振方案,进而建立基于硅油式减振器的旋风铣削刀盘系统动力学模型,对模型进行幅频特性分析,并对有无减振器两种方案下旋风铣削刀盘系统的动力学响应特性进行分析,以研究硅油式减振器对旋风铣削刀盘系统的减振效果。结果表明：硅油式减振器可有效地减小旋铣刀盘系统在不同切削频率下的振幅。当系统发生共振时,基于硅油式减振器的旋铣刀盘系统的响应幅值可降至7.10×10-4rad,降低了刀盘系统的扭振对螺纹工件加工质量和刀具寿命等的影响。     

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。     

碳纤维增强复合材料单向层合板直角自由切削热特性试验

为揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)切削温度与切削要素之间的关系,采用直角自由切削对CFRP单向层合板进行了切削试验,并采用OMEGA-0.05mm高灵敏K型热电偶对切削温度进行测量,讨论了切削参数、刀具几何参数及材料参数对切削温度的影响。结果表明:对切削温度的影响程度由高到低的参数依次为切削速度、切削厚度、刀具后角和钝圆半径,切削参数对温度的影响效应不受纤维方向角的影响;不同于金属材料,CFRP纤维方向角对切削温度影响突出,顺纤维方向上的切削温度明显高于逆纤维方向上的,切削温度在θ=90°时达到最大值,且为θ=0°时的2倍;CFRP切削回弹对刀具后刀面与已加工表面的接触状况影响较大,从而影响切削温度,加剧了切削温度的各向异性特征,且第3变形区切削热对切削温度影响突出;CFRP切削温度范围窄,最大切削温度在300℃左右,将导致切削质量对温度变化更为敏感。     

30CrMnSiA在内孔镗削加工中表面轮廓曲线变化规律研究

在切削速度25~200m/min范围内,使用涂层硬质合金刀具对高强度钢30CrMnSiA进行了内孔镗削实验,对比研究了干镗削与油润滑条件下加工表面粗糙度轮廓曲线的特征信号构成及其对形状参数Ra和Ry的影响规律。研究表明:在实验条件范围内,油性切削液对表面粗糙度指标Ra和Ry值没有显著影响,且随切削速度的改变,在干镗削与油润滑条件下,表面轮廓曲线的变化趋势基本相同;切削润滑条件的改变将对20~40μm波长尺度的特征轮廓曲线产生影响。     

PCD刀具加工SiC颗粒增强铝基复合材料的合理切削速度

通过用扫描电镜等方式检测ＰＣＤ刀具的性能,并与天然金刚石的相关参数进行比较,阐明了ＰＣＤ的优异性能,通过ＰＣＤ刀具对碳化硅高比强颗粒增强铝基复合材料的试验,考察了切削速度对切削力、切削温度、刀具耐工和切削长度的影响,总结出高硅铝基复合材料切削中的合理切削速度。指出、在一定的切削条件下,当切削速度Ｖ＝３０－４０ｍ／ｍｉｎ时,可获得良好的综合效益。     

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.     

高速干切削温度场的测量及仿真研究

分析了切削热的产生、热的传导以及切削温度的测量方法.对目前切削温度实验测量技术及数值模拟仿真技术的优缺点进行了比较.采用平面应变热力耦合切削模型,重点研究在高速干切削过程中,工件已加工表面的温度变化过程.根据试验测定工件材料的力学性能以及刀具-工件之间的摩擦特性,建立材料在切削变形过程中热产生以及热传导模型,并采用点跟踪的方法获取工件材料上任意位置点温度的变化过程.并将模拟计算得到的切削温度与实验测量结果进行了比较,两者具有较好的一致性.     

SiCp/Al复合材料薄壁件钻削加工的有限元仿真

本文基于ABAQUS有限元仿真软件,对比研究了SiCp/Al复合材料薄壁件和厚壁工件的钻孔过程及切削力的变化特点,提出了薄壁钻孔的3个特征阶段;同时,通过改变切削参数,对薄壁件的钻削力及最大变形量的变化规律进行了研究。结果表明:在切削速度(或进给量)一定的条件下,随着刀具进给量(或切削速度)的增加,轴向力和钻削扭矩大体呈线性增加趋势;切削速度对薄壁钻孔变形影响不大,进给量对薄壁钻孔变形的影响较切削速度显著,薄壁件的最大变形量随进给量的增加而增大。     

淬火钢车削的研究

本文首先对淬火钢从显微组织万面进行了分类,并通过几种刀具对不同组织和硬度的淬火钢的切削试验,确定了最佳切削速度范围和刀具耐用度。研究结果表明,淬火钢的合金元素含量和硬度对刀具的耐用度均有明显的影响,淬火碳钢的可加工性最好;被加工材料的成分和硬度对最佳切削速度值和最佳切削速度范围也有影响,最佳切削速度曲线不仅是选择切削参数的参考数据,而且可作为判断某种刀具是否适应该种被加工材料的切削加工的依据。     

曲面加工刀具轨迹的仿真技术研究

本文针对数控铣削加工中刀具的走刀轨迹进行研究,对毛坯体建模时,采用的是三角面片离散法,实现了3轴数控铣床实体切削加工时离散矢量与刀具扫描体的几何求交算法,建立了铣削运动模型,通过不断更新毛坯数据信息来模拟刀具的切削过程,从而生成加工轨迹和走刀路径。以Visual C++ 6.0为编程环境,用OpenGL作为图形开发工具,动态仿真刀具加工曲面的加工轨迹和走刀路径。     

基于薄膜热电偶的超精密车削瞬态切削温度的测量

为了实现超精密车削温度的在线测量,本文研究了一种基于薄膜热电偶的测量瞬态切削温度的方法.以切削刀具的刀尖作为镀制薄膜的基底,通过磁控溅射方法制备了Si O2绝缘薄膜和Ni Cr/Ni Si薄膜电极,制成了带有测温传感器并且可以进行超精密车削加工的PCBN刀具.文中对该薄膜热电偶温度传感器进行了标定,得到其塞贝克系数并采用该刀具对PMMA材料进行了超精密车削加工实验,实验结果表明该方法能够有效地测量出加工过程中的瞬态切削温度.     

模具钢斜面切屑形成过程的实验研究

本文钢斜面切屑为对象，通过仿真实验研究了不同走刀方式及斜面倾角条件下的切屑形态。并对切屑与未变形切屑及实际切屑之间进行对比，结果表明不同的刀具前角、走刀方式及切屑用量所带来的切屑变形差异较大，轮廓铣削与斜坡铣削相比，切屑卷曲更为明显，同时也发现在切屑顶端由于有效切削速度较大而产生大量切削热，形成了熔融后凝固的球状颗粒。     

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"。     

考虑后刀面磨损及过缝冲击的拼接模具铣削力建模与实验研究

针对拼接模具铣削过程中刀具易磨损引起铣削力变化的问题,对拼接模具铣削加工过程,提出了一种考虑球头刀后刀面磨损的铣削力建模方法。根据材料硬度的不同,把每一切削周期的切削厚度建成有关切削角度的函数关系,得到不同切削角度下的剪切力模型;同时将后刀面的摩擦效应力与后刀面磨损量建立函数关系,进而得到了不同切削角度下的摩擦效应力模型;最后通过引入单自由度斜体碰撞模型,采用等效弹簧阻尼法和霍普金森实验得到了冲击力模型。结合剪切力模型、摩擦效应力模型与冲击力模型得到了考虑后刀面磨损的拼接过缝处铣削力模型,最后对多硬度淬硬钢进行了铣削力实验。实验结果表明预测的铣削力幅值和变化趋势与实验值具有很好的一致性,验证了该铣削力建模方法的有效性,对拼接模具铣削加工工艺优化具有一定的理论指导意义。     

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。     

错齿BTA深孔振动钻削刀具系统径向减振特性研究

BTA深孔钻削刀具系统刚性差,加工过程极易发生多个方向的颤振,而刀具颤振对孔的加工精度和刀具的使用寿命具有重要影响。根据错齿BTA内排屑深孔钻刀具系统的特点,构建了深孔钻削过程刀具系统径向动力学模型,通过其特征方程研究了径向动力学特性。为了获得普通钻削与振动钻削条件下刀具系统径向振动的行为特征,将切削加工过程离散为满足状态方程连续条件的多个微小切削单元,并采用差分方程求解方法给出了普通钻削与振动钻削过程刀具径向振动位移的数值解。仿真和实验结果表明,所建立径向动力学模型的求解结果与实验结果相吻合,振动钻削对刀具系统径向振动具有较强的抑制效果,与普通钻削相比,孔加工圆度和表面粗糙度都有了明显改善。     

300M超高强度钢车削加工性能仿真模拟分析研究

目的研究不同切削参数对300M超高强度钢切削性能的影响。方法通过单因素试验法,采用Advant Edge切削仿真软件,建立300M钢三维有限元模型,对不同切削参数下车削300M钢的切削力、刀片温度、刀片应力及切屑形状进行分析。结果在300M钢车削过程中,刀片温度随着切削速度增大而增大,但切削力和刀片应力反之;背吃刀量和进给量越小,切削力、刀片应力及刀片温度越小;切削刃半径越小,切削力越小,但小的切削刃半径使得刀片应力变大,容易导致刀片磨损。车削300M钢的切屑呈锯齿螺旋状,切屑温度为带状分布,切削速度越高,进给量、背吃刀量越大,切削刃半径越小,切屑温度越高。结论在300M钢车削加工中,应选用较高的切削速度,适中的切削刃半径,较小的进给量和背吃刀量。     

高速切削有限元模拟加工温度场分析

以高速切削条件下的数控车刀为研究对象,利用ANSYS有限元仿真软件对刀具的温度场进行模拟和分析,得出温度场的分布规律,验证切削速度对温度场的影响,为优化切削参数,延长刀具寿命提供一定的依据。     

涂层硬质合金刀具对奥氏体不锈钢的切削特性

为了深入探究涂层硬质合金刀具切削奥氏体不锈钢的切削机理,试验采用确定的进给量和背吃刀量,只改变切削速度的单因素法,来研究切削速度对奥氏体不锈钢工件加工表面质量的影响以及涂层刀具的切削机理。采用JEOL JSM-6360LV扫描电子显微镜和EDS能谱仪对工件加工表面及磨损刀片进行表面微区磨损形貌的观察分析与组成成分分析,采用X射线衍射仪对工件表面物相组成进行分析,采用激光扫描显微镜LSM对工件表面三维形貌进行观察分析。研究表明,切削速度较低时,不锈钢材料因材质较软,断屑性能较差;速度较高时,切削过程中粘着现象严重,致使摩擦剪应力较大,摩擦表面发生形变,进而诱发不锈钢的马氏体相变。因此,宜选用中速V=85m/min进行切削,在此速度下,被加工件获得的表面质量较好,表面粗糙度Ra=3.679μm。刀具磨损主要发生在前刀面靠近刀尖的部位,磨损机理主要表现为粘着磨损。研究发现,涂层硬质合金刀具在体现出一定的良好切削性能的同时也不可避免地发生了磨损,所以深入研究其切削机理能够丰富涂层刀具的切削理论,为提高涂层刀具在切削难加工材料时的刀具寿命以及拓展其在实际切削加工中的应用范围提供试验依据。