圆柱齿轮滚切多刃断续切削空间成形模型及应用

滚切加工作为当前圆柱齿轮制造应用最为广泛的工艺具有高效但成形过程复杂的特点。基于展成原理,由规则分布在滚刀基本蜗杆螺旋面上的一系列切削刃相继从圆柱齿坯上切除材料,最终包络形成渐开线齿面。研究其成形原理可以为提升该工艺性能提供有效指导。针对齿轮滚切工艺过程多刃切削成形特征,建立圆柱齿轮滚切的空间成形模型。基于滚刀几何结构参数的理论约束关系,建立滚刀切削刃序列的参数方程;根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定滚切过程中滚刀与工件的空间位置和运动关系,并基于空间运动学方法推导求得滚刀刀刃序列形成的空间成形曲面参数模型;采用离散数值方法获得滚切过程中的切屑几何形态及切屑厚度,并根据切屑几何计算各刀刃去除材料时的瞬时主切削力。该模型可以为滚切工艺参数优化、滚刀几何设计等研究提供支撑。     

高速干切滚齿工艺切屑形变规律及其对刀具的损伤行为

针对高速干切滚齿过程中切屑的形变规律及切屑挤压行为,基于DEFORM-3D建立了高速干切滚齿工艺仿真实验模型,通过对不同工艺参数下高速干切滚齿工艺实验仿真,实现了高速干切滚齿过程中齿轮材料去除过程的可视化,获得了高速干切滚齿过程中切屑的形变规律以及干切滚刀的磨损状态。结合实际高速干切滚齿加工实验,对比切屑形貌及干切滚刀损伤情况,进一步验证了切屑在生成及流动过程中的形变规律以及切屑对干切滚刀的挤压损伤行为。研究结果可为高速干切滚齿工艺参数优化以及高速干切滚刀的寿命延长和性能控制提供参考。     

基于Deform3D的齿轮高速干式滚切过程模型及性能分析

齿轮高速干式滚切工艺取消了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺,其成形过程分析是提升该滚齿工艺性能的有效途径。基于金属切削工艺仿真软件Deform3D建立了齿轮高速干式滚切过程的有限元仿真模型;进行了齿轮高速干式滚切材料去除过程的数值仿真分析,获得了不同参数条件下齿轮高速干式滚切过程中切屑的变形规律,以及切削力与切削温度的分布规律,分析并确定了影响滚切性能的主要参数。研究结果为齿轮高速干式滚切工艺参数优化提供了理论和方法支撑。     

高速钢滚刀的损伤

滚齿机的性能、刚度和精度对提高滚齿生产率、降低生产成本有着决定性的影响,但必须要尽可能提高切削条件(切削速度和进给量),并减少滚刀的损伤。 对滚刀损伤影响比较大的因素有:齿轮材质的切削性能、一滚刀的设计及其材料和热处理、切削条件、滚切方法和切削深度等。下面首先分析受损最严重的滚刀顶刃及侧刃的切削过程,以便了解刀刃的切齿机理与损伤的关系。 图1是用逆向滚齿法加工正齿轮时,通过分析求得的滚刀齿上A、B和B点切削刃所切下切屑的形状与实际切削5个齿轮后顶刃及左右侧刃角后面的最大磨损宽度的比较。图中右侧刃角B’点处切…     

齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型及应用系统开发

齿轮滚切工艺是应用最广泛的齿部成形加工工艺,高速干切工艺的出现和逐步成熟为齿轮滚切实现绿色环保加工以及高效自动化生产提供了技术条件。但由于高速干切工艺切削速度高且缺少切削油/液的冷却润滑,因而工艺参数对机床热变形误差、刀具寿命和工件质量等影响很大,需要开展深入研究。以自动化加工效率、齿轮单件成本为目标,工件材料、刀具涂层以及切削速度、进给量和滚刀顶刃最大切屑厚度等因素为变量,建立一种齿轮高速干式滚切工艺参数优化模型。通过数据分析和试验验证,基于工件材料的抗拉强度,得出齿轮高速干切滚齿工艺切削速度和滚刀顶刃最大切屑厚度推荐值;同时,为实现模型在齿轮自动化生产线上的应用,建立了高速干切滚齿工艺参数在机自适应优化修正模型,并基于西门子840D数控系统开发了高速干切滚齿工艺参数优化支持系统。该系统在某轿车齿轮自动生产线的生产实践中得到应用,取得了良好的效果。     

圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。     

高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传递模型

高速干切滚齿工艺消除了切削油/液的使用,是一种绿色高效的齿轮制造工艺。切削热伴随着高速干切滚齿工艺全过程且区别于传统湿式滚切工艺,是造成干切滚刀磨损和机床热变形的重要因素,直接影响制造成本和加工精度。根据干切滚刀周期性断续传热特性,综合考虑切削热在切屑、工件、干切滚刀、冷却介质以及滚齿机床加工空间的传递规律,提出将高速干切滚齿工艺系统切削热的发生与传递全过程划分为三个阶段的研究思想,从关系模型和热传递方程两个层面建立了高速干切滚齿工艺系统切削热全过程传热模型,包括切削接触界面热传递、切削区域热传递和机床加工空间热传递三个阶段的模型,然后基于工艺仿真试验对所建模型进行了应用研究,揭示了高速干切滚齿工艺系统的切削热在工件、干切滚刀、切屑中的动态变化规律,最后通过试验验证了模型的有效性。     

车齿工艺过程切屑几何数值仿真与分析

由于车齿工艺运动关系和刀具几何关系复杂,车齿刀具切削深度在切削过程中不断变化,且在切削刃不同点上的切削深度不均,导致被切材料几何呈现出非规则的特点,对切削力、切削热具有重要影响.首先基于车齿工艺原理和坐标变换方法建立其运动学模型,根据其运动学原理对车齿工艺切削过程进行仿真,运用数值计算方法计算切削过程中产生的切屑的法向...     

渐变强化刃刀具硬切削过程切屑流动和刀具磨损研究

刃口倒棱结构在提升切削刃强度的同时也进一步增大了切削过程中的热力载荷,进而影响着硬切削加工的切屑流动、刀具磨损和加工表面质量。利用高速摄影方法,对比分析了渐变强化刃和定值倒棱两种结构PCBN刀具的切屑流动特性,发现渐变强化刃结构具有协调切屑流动的作用,能有效地解决硬切削过程切屑积聚问题。结合硬切削试验,开展了渐变强化刃刀具磨损特性研究,结果表明：与定值倒棱刀具相对集中的磨损带不同,渐变强化刃刀具磨损区域则更为狭长,后刀面磨损带呈现为长三角形,具备了更为优异的刃口保持性和耐用度,当进入到刃形改变阶段,其磨损机制由磨粒磨损机制逐渐变化为磨粒、氧化和扩散等多种机制的混合形式。渐变强化刃结构刀具在改善切屑流动和提升刀具耐用度方面均体现出了明显的优势,具备了良好的推广应用前景。     

对角线滚切圆柱齿轮

目前普遍采用的用标准齿轮滚刀滚切各种渐开线圆柱齿轮,存在着刀具磨损不均,影响加工效率提高问题。特别是在粗滚齿时由于切削负荷大部分集中在滚刀的切入端,再加之排屑及角磨损的关系,刀具磨损也集中在滚刀的切入部分。特别是滚刀刀齿的右侧刃及右顶端圆角部分,往往在切削中上述部分已磨损严重了,而其它刀齿和刀齿的其余部分并未磨损或磨损很少。而在     

精切大模数齿轮刀具的耐用度

本文研究了精切齿轮硬度达HB300的齿轮时,滚刀和滚切刀耐用度的确定问题,提出了选择刀具材料和切削规范的建议,介绍了在各种不同的加工条件下对刀具磨损的研究结果,表明了其特性,叙述了可计算刀具磨损的切削行程的方法。     

基于AdvantEdge的硬态精车过程仿真

为探讨硬态精车过程中工艺参数对工件和刀具的影响,采用专门的金属切削仿真软件Advant Edge,建立精车H13淬硬钢的三维有限元模型,对其车削力、刀片切削温度、刀片应力以及切屑进行分析。结果表明:硬态车削过程中,切深抗力在切削过程中起着重要作用,在进给量小于一定值时,切深抗力可以大于主切削力;切削速度越大,刀片温度越高,切削力越小,刀片应力越小,有利于加工表面成型;切削刃半径越小,切削力小,刀片应力小,有利于提高切削加工性能,但小的切削刃半径容易导致刀片磨损;硬态车削切屑呈锯齿状,切屑温度带状分布,切削速度越高,进给量越大,切屑温度越高。研究结论可用于硬态切削过程中的工艺参数优化和刀具及其涂层材料的选择与设计。     

低温液氮冷却下高速切削淬硬钢的切屑形成及刀具磨损

针对低温液氮冷却下淬硬钢高速车削过程中切屑形成及刀具磨损机理尚缺乏相关研究的问题,开展了液氮冷却下的淬硬钢高速切削研究,并与干切进行了对比.分析了切削力、切削温度、切屑特征以及刀具磨损特征,讨论了冷却润滑、切屑形成及刀具磨损机理.结果表明:与干切相比,各组实验中低温液氮冷却切削的切削温度降低了6.9％～9.9％,因材料...     

斜角切削条件下45钢切削过程的三维数值仿真

传统金属切削仿真往往局限于二维仿真。本文基于有限元软件ABAQUS/Explict建立了三维斜角切削模型,并对45钢的切削过程进行了数值模拟。试验结果表明,在刀具切削过程中,刀尖接触区会发生严重的不均匀塑性变形。并且在刀具切削金属时,由于前刀面常处于高温高压的状态极易发生月牙洼磨损,同时刀具刃倾角的存在会使得切屑发生一定的横向卷曲。模拟切屑外形与试验切屑结果一致,另外模拟切削力数值与实际车削力理论公式计算结果吻合。模拟结果对金属切削加工及刀具理论研究具有重要的指导意义。     

硬质合金刀具铣削Ti6Al4V材料性能研究

Ti6Al4V材料具有良好的性能,广泛应用于航空、航天、医学等领域。这一材料属于典型难加工金属材料,对刀具的切削性能要求较高。对YG6硬质合金刀具干式铣削Ti6Al4V材料时的刀具磨损形态、切削力、切屑形态进行了研究,结果表明,在其它切削参数相同的条件下,低速切削时刀具磨损主要表现为粘结磨损、磨粒磨损、边界磨损。随着切削速度的加快,刀具磨损加剧,主切削刃出现微崩刃。在较高的切削速度和较大的进给量下,刀具磨损进一步加剧,刀尖处磨损最为严重,前刀面出现剥落现象。在进给量和切削深度保持不变的情况下,切削速度加快,切削力出现减小的趋势。YG6刀具切削Ti6Al4V材料容易形成节状切屑,这会对加工表面质量产生不利影响。     

精密切削过程三维有限元分析

采用有限元方法模拟三维精密切削过程,包括三维正交切削和三维斜角切削。切屑和刀具的摩擦应力采用修正库仑摩擦方程来计算,工件的流动应力是应力、应变、应变率和温度的函数,采用局部网格重划分技术。通过三维切削模拟可以获得在不同刃倾角精密切削过程的条件下切屑形状、切削力和切削温度场的分布情况。仿真结果表明:刃倾角对主切削力和切深抗力影响不大,但对切屑形状、进给抗力和切削温度场分布影响较大。     

切顶齿轮滚刀的基准齿形及应用

按照滚齿工艺的不同,滚刀分为切顶式滚刀和非切顶式滚刀两种。非切顶式滚刀只有顶刃和侧刃参加切削,而齿底不参加切削。切顶式滚刀除刀具的顶刃和侧刃参加切削外,其齿底也可做切削刃切出齿轮外圆。     

绿色冷却切削技术在滚切齿轮中的试验研究

文中概述了几种主要的冷却方法，通过滚切齿轮试验，比较和分析了几种冷却方法下切削温度、刀具磨损、切屑形态，来揭示亚干式冷却和冷风射流冷却这两种绿色冷却技术的优越性。     

切削刀具的保养

<正> 1、前言最近,在切削加工领域中,由于数控机床和专用机床的应用,刀具的保养已成为非常重要的问题。为了使刀具在切削加工中经常保持正常工作状态,充分发挥切削效率,需要防止刀具的异常损伤和改善切屑处理性能。刀具的异常损伤和切屑处理性能是随被加工材料、刀具材料和形状、机床、切削条件等因素不同而变化的。本文叙述了刀具的崩刃情况,说明了切削刃的倒棱、刀尖圆弧半径与切屑性能的关系,最后介绍了切削刀具的几种保养实例。2、切削刀具的磨损     

纳米切削过程中刀-屑接触区应力分布研究

高速切削时刀屑接触区的应力分布直接影响切削过程、切削温度及刀具磨损。利用分子动力学技术对纳米切削过程中刀屑接触区的应力分布特征进行研究,分别采用EAM势、Tersoff 势及Morse势计算单晶铜原子间、单晶硅原子间、工件原子与刀具原子间的相互作用力。分析纳米尺度下刀屑接触长度随切削距离变化的规律,探讨刀具前角对刀屑接触区应力分布的影响,通过描述刀屑接触区切屑原子的运动情况,为阐释刀屑接触区的应力分布特征提供依据。研究结果表明在刀-铜屑接触区,正应力在切削刃处最大,随着到切削刃距离的增大而减小,在刀-硅屑接触区,正应力以规则的波动形式逐渐减小。而切应力在切削刃处为负值,随着到切削刃距离的增大,切应力在刀屑接触长度的三分之二处增大到最大值后逐渐减小至零。