PCBN刀具切削中锯齿形切屑形态的动态切削力识别

精密硬态切削过程锯齿形切屑对动态切削力、切削温度波动、PCBN刀具寿命和已加工表面质量有重要作用。本文依据锯齿形切屑锯齿的形成和终了过程可以在动态切削力高频信号中体现出来的特征，采用小波分析硬态切削力的高频信号，分析结果表明不同形态的锯齿形切屑形态对应不同的切削力高频信号。从切削力高频信号的切削速度、进给量、采样频率和时间可以定性描述锯齿形切屑形态和剪切失稳的特征参数。依据Shaw建立的锯齿形生成频率模型。在精密硬态切削条件下，锯齿形切屑的生成频率要远小于切削力高频信号的频率，高速切削条件下两者频率逐渐趋于相等。实验及分析结果表明可以采用动态切削力的小波分析来判别锯齿形切屑的基本特征。     

切削铝合金汽车零件的“软”涂层刀具的试验与研究

MoS2固体润滑材料具有低摩擦因数特性,将它喷涂于硬质合金刀头表面,获得"软"涂层刀具,用这种刀具切削铝合金过程中能减少切屑粘刀,减轻摩擦,降低切削力和切削温度。通过对带涂层刀具与不带涂层的普通刀具在加工铝合金汽车零件的过程中,对刃口磨损形态、工件加工质量、刀具使用寿命等试验数据分析,以验证MoS2"软"涂层刀具开发的可行性。     

基于ABAQUS高速切削Ti-6Al-4V切削状态的有限元仿真

文章基于Abaqus/Explicit的Johnson-Cook材料模型以及断裂准则模拟高速正交切削Ti-6Al-4V,仿真分析了切削速度、切削深度、刀具前角变化时对平均切削力以及锯齿状切屑形态的影响.研究结果表明:切屑锯齿化程度和齿距随切削速度和切削深度的增加而增大,随前角的增加而减小.平均切削力在切削速度为60m/min-180m/min时趋于平稳,随切削深度增加而增大,随前角增大而减小.     

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。     

球头铣刀铣削斜面的三维有限元仿真研究

在能源动力、汽车、航空航天、模具制造等关键零部件的加工过程中,球头铣刀因其特有的刀具几何结构,常作为零件加工的最终成型刀具。考虑到在球头铣刀立铣加工中不同的刀具与工件相对姿态会对切削过程产生不同的影响,本文研究切屑形成和不同走刀方式下切削过程中各物理量(切削力、切削温度等)的变化情况,结合有限元仿真技术在切削加工中的应用,建立硬质合金球头铣刀铣削斜面的有限元模型,模拟相同切削参数下,八种不同走刀方式的球头铣削过程,分析刀具切入切出工件时切屑的形成过程,探究切削力和切削温度的变化规律。仿真结果表明:不同的走刀方式,平均切削合力各不相同,同时切屑和工件的最大切削温度也出现较大差异,而斜坡上坡逆铣的走刀方式所对应的平均切削合力和最大切削温度均最优。     

切削过程中刀/屑的切削温度预报

本文以有限差分法为基础建立了连续切削和铣削的数值模型,该数值模型用于预报切削过程中刀具和切屑的温度场.连续或稳态切削(如正交切削),可用刀具-前刀面接触区刀具切屑导热(热传导)模型加以研究.该模型考虑了第一变形区的剪切能、前刀面-切屑接触区的摩擦能、运动刀屑和固定刀具之间的热平衡.用有限差分法求解温度分布,可将该模型延用到断续切削和切削厚度随时间而变化的铣削加工中.根据刀具转角,将切屑划分为微元.刀具转角是由工件主轴速度和离散时间所决定.每一个微元的温度场可看成是一阶动态系统,它的时间常数由刀具和工件材料的导热性能和前一个切屑段的初始温度所决定.瞬态温度变化的估算是依次求解连续切屑单元的一阶热传递问题.模型对连续切削稳态温度和切屑、加工过程不连续变化的断续切削的瞬态进行预报.数值模型和仿真结果与文献报告的实验温度相符.     

超声波振动切削加工面和刀具磨损面的SEM分析

以电子显微技术对超声波振动车削加工表面和刀具磨损面进行了分析研究，从超声能量在振动切削过程中的作用，切削区域材料变形与位错及切屑分离方式，刀具磨损特点及磨损面模式等几方面对超声振动切削机制进行了探讨。     

不同磨损量PCBN刀具椭圆振动车削仿真研究

通过改变刀具磨损量建立具有不同磨损状态的PCBN刀具切削镍基高温合金Inconel 718的仿真模型,设置边界散热条件模拟浇注式切削液冷却环境,分别进行椭圆振动切削仿真和普通切削仿真。研究了具有不同磨损量的PCBN刀具对椭圆振动切削过程中切削力、切削温度、切屑形态的影响规律,并与普通切削进行对比。结果表明:在刀具磨损量相同的情况下,椭圆振动切削的切削力、切削温度的曲线斜率是大于0并且小于普通切削的,而切削力、切削温度是影响刀具使用寿命的重要因素,因此相比于普通切削,椭圆振动切削的刀具寿命更长;椭圆振动切削所形成的切屑弯曲半径比普通切削小,有利于断屑。此外该研究结果数据也可以为椭圆振动切削加工Inconel 718过程中PCBN刀具磨损的实时监测提供依据。     

车梳复合切削特性试验研究

本文围绕车梳复合切削的轴向切削过程中的切削性能问题和切削效率问题,分别在相同的切削参数和材料去除率的条件下,对三种不同齿数车梳刀片的切削力和切削温度进行对比试验.探索了切削刃数目的变化对切削性能及切削效率的影响关系.切削试验包括梳切42CrMo的切削温度及切削力的测量.通过研究结果表明:不同齿数的车梳刀片在不同切削参数下切削温度和切削力有较大差异.在相同的切削参数条件下,多齿刀片的切削力与刀齿数量正相关,分配到每齿上的切削力值小于单刃切削时的数值.且三齿刀具与单齿刀具的切削力值相近;对切削温度而言,各刃口处测量值之间相差不大,单齿切削的切削温度比多齿刀片小.在相同材料去除率的条件下,单齿刀片的切削力数值较高,而三齿刀片和五齿刀片的该值相差不大,且单齿刀片加工后的表面粗糙度较其它两种刀片大.     

摆线铣削淬硬钢工件上的槽

在淬硬工件上铣槽一直是切削加工中的难题之一,其原因有三：①加工时,刀具的大部分切入工件中,会产生很大的切削力和较多的切削热;②每个刀齿上切屑的载荷不均匀,切人工件最多的刀齿载荷最大,其它位置的刀齿载荷较小;③随着容屑槽逐渐被切屑填满,排屑空间变小,切屑的重切机率增大。     

刀具角度的作用

无论用于何种加工,刀具都有三个主要角度：前角、切入角和后角。其作用如下：①前角：影响切削力、切削刃强度和切屑流动杼陛;②切入角（导程角）：控制切削力的方向,有效减薄切屑,保护切削刃最薄弱的部位;③后角：确保刀具切削时不会与工件发生摩擦。     

超声波振动切削加工面和刀具磨损面的SEM分析

以电子显微技术（ＳＥＭ）对超声波振动车削加工表面和刀具磨损面进行了分析研究。从超声能量在振动切削过程中的作用、切削区域材料变形与位错及切屑分离方式、刀具磨损特点及磨损面模式等几方面对超声振动切削机制进行了探讨。     

微织构车刀制备与SUS304钢高速微车削试验

针对高速微切削过程中微型车刀表面摩擦磨损严重的问题,利用表面非光滑微织构减摩减阻原理,在高速微切削用车刀表面利用激光加工技术制备了微槽、微坑织构,研究了激光加工参数与微织构形貌之间的关系;分析了微织构的摩擦学特性;利用自行研制的高速微车削单元进行微织构刀具及无织构刀具的高速微切削SUS304不锈钢的对比试验,从切削力、切削温度、刀屑接触状态、切屑形态以及已加工表面粗糙度对微织构车刀性能进行评价。结果表明:微槽、微坑织构均可以有效降低刀具表面摩擦因数;在高速微切削过程中可以减小切削力、切削温度,降低刀屑接触长度,改善切屑形态,尤其是微坑织构可明显改善表面质量,可以应用到SUS304不锈钢的高速微加工。     

航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析

切削加工过程模拟的实质是采用有限元方法求解非线性问题的过程。建立了钛合金构件切削有限元模型,其切屑分离准则是以材料损伤理论为基础确立的;利用已有的研究成果,构建了求解切削温度场和切削力的有限元模型;利用有限元软件ABAQUS/Explicit进行模型建立、材料输入、部件装配、局部细分网格、运动仿真等;通过对钛合金切削过程的仿真计算得到切削温度、切削力等的一般规律。结果表明:模拟结果与实际生产结果相符合。     

单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究

为了进一步研究单晶锗的微纳米切削机理,首次采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6Gpa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

基于刀具几何参数的薄壁叶片切削力预测方法研究

切削力是影响刀具耐用度和被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切削力的大小影响很大。以汽轮机薄壁叶片为研究对象,在ABAQUS的基础上,研究金属模拟过程中的关键技术,提出薄壁叶片的铣削加工模拟模型;在此基础上对刀具几何角度进行了单因素和多因素正交模拟实验分析,建立了刀具几何参数的切削力经验模型。实验证明:切削力有限元模拟值与切削力实验测试值大体一致,所得结果基本有效。     

单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究（英文）

采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6 GPa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2 GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

刀具几何参数对金属钛纳米切削影响的分子动力学研究

基于分子动力学的基本原理,构建了钛的纳米切削分子动力学仿真模型。工件原子间采用嵌入原子势EAM（Embedded atom method）,工件原子与刀具原子间采用Morse势函数,研究了在不同刃口半径和刀具前角条件下,钛纳米切削过程中工件形态、系统势能、切削力以及工件温度等的变化规律。结果表明：随着刀具刃口半径增大,加工表面粗糙度增加,切削力和工件温度降低,切屑变薄;当刀具前角由负值增加到正值,钛工件承受的压应力逐渐变为剪应力,正前角刀具更有利于切削,同时在不同的刀具前角下,切向力和法向力的大小也有显著变化。     

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。     

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。