TC4圆弧形槽铣削刀具的研发设计及试验研究

针对TC4钛合金圆弧形槽的加工设计一种专用铣削刀具。在钛合金切削加工过程中,刀具参数角度是影响工件表面粗糙度和加工精度稳定性的重要因素,在采用高速钢刀具对TC4钛合金进行高精高效加工时,利用刀具几何角度减小断面与圆弧面圆角半径,达到圆弧半径清根作用。在TC4钛合金圆弧形槽铣削加工中,设计了一种以W18CR4V高速钢为基体的切削刀具,并进行了铣削加工试验,利用SuperView W1光学3D表面轮廓仪测量其粗糙度和轮廓度,工件表面精度可达Ra1.6μm,且具有较强清根作用,经过试验对比验证,本设计可达到高效率铣削钛合金效果。     

高速切削加工钛合金的刀具材料

概括介绍了钛合金的性能特点,分析了钛合金切削加工困难的主要原因,重点对国内外切削加工钛合金的现状作了详细介绍,由此明确了目前国内和国外切削加工钛合金水平的差距,最后指出在国内寻求一种或几种高速切削加工钛合金刀具材料的紧迫性和必要性。     

钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍

由于钛合金具有比重小,比强度与热强度高,热稳定性和抗腐蚀性好,可以显著地减轻产品重量,提高推重比、结构的抗热能力和可靠性,所以在航空、航天、石油、化工、造船等部门得到广泛应用,几年来,由于产品结构要求,我们在钛合金的切削加工工艺上进行了一些探索,下面就此作一介绍.     

钛合金材料的切削加工

钛合金材料的切削加工,历年是从事机械制造的技术人员感兴趣的问题。笔者多年的实践,整理出一套实用的加工方法。本文得出的结论及实际数据可供钛合金材料的切削加工部门参考。     

钛合金可切削性的研究及加工刀具设计

分析了钛合金的相对可切削性 ,阐述了钛合金切削加工条件 ;以钛合金车加工和孔加工为例介绍了钛合金加工刀具的设计     

切削BT20钛合金材料中刀具磨损研究

钛合金广泛应用于航空航天工业，是典型的难加工材料。随着材料科学的迅猛发展，国内外研究出许多新品种的钛合金，对其切削加工性进行研究具有重要的理论意义和实践价值。     

涂层硬质合金刀具切削钛合金仿真研究

采用Abaqus/Explicit显式有限元分析软件,通过建立不同膜厚以及不同的过渡层比例的涂层刀具,来进行正交切削TC4过程的计算机仿真。通过TC4钛合金材料的二维正交切削过程的仿真,得到并研究了切削过程中涂层刀具应力及温度的分布,同时通过对比不同膜厚以及不同的过渡层比例的涂层的刀具的模拟结果,系统地分析了涂层对切削过程主切削力的影响。此外,通过对有限元仿真的结果分析,为刀具涂层厚度及过渡层比例的优化,以及之后的刀具涂层制备实验工艺提供了重要参考。     

TC4钛合金切削刀具磨损对切削过程影响的研究

通过建立的钛合金切削加工仿真数值模型,研究了刀具磨损对钛合金切削过程中切削力、切削温度及切屑形态的影响规律,并对这些影响的产生机理进行了讨论。结果表明:随着磨损程度的增大,切削力及切削温度会迅速增加;月牙洼磨损会引起切削力的剧烈震荡且振幅随磨损的增大而增大,后刀面磨损将增大切削力;锯齿形切屑的变形程度在加大,但是锯齿产生的频率在降低。     

钛合金TC4高速切削温度场数值仿真

利用专用有限元切削仿真软件,对钛合金TC4高速铣削温度场进行数值仿真。研究切削参数与刀具几何参数对刀具前、后刀面温度及其分布的影响规律。在设定的切削条件下,仿真结果表明:前刀面和后刀面随主轴转速、每齿进给量和径向切深的增加而有不同程度的温升,而轴向切深几乎不对切削温度产生影响;切削温度随刀具直径的增加而增加,但是随着刀具前、后角的增加,切削温度呈先增后减的趋势。     

汽车钛合金连杆切削加工中的刀具磨损研究

以汽车钛合金连杆为研究对象,分析了钛合金连杆在切削加工工艺过程中的刀具磨损量、切削力和刀具寿命随着切削速度、润滑压力的变化规律。试验分析结果表明:刀具磨损量随着切削速度的增加而增加,随着水射流润滑压力的增加先减小后增加;刀具切削力和轴向力均随着水射流压力的增大先减小后增加,但轴向力的变化较切削力更加敏感,变化速率更快;刀具寿命随着切削速度的增加而减小,随着水射流压力的增加先增大后减小,钛合金连杆的最佳工况为切削速度75m/min,润滑压力10MPa。     

刀具角度对TC4钛合金切削力的影响

基于Deform建立了硬质合金刀具切削TC4钛合金时的仿真模型,通过切削试验对仿真模型的主切削力进行了验证,并利用该模型对刀具角度与切削力之间的关系进行了研究。研究结果表明:仿真所得到的主切削力与试验测得主切削力相差小于10%,仿真模型可靠性较高,可用于TC4钛合金切削力的研究。通过仿真研究得到,在一定范围内,随着刀具前角的增大,主切削力和进给力明显减小;刀具后角的增大对主切削力影响不明显,但对进给力的影响比较明显。     

钛合金TC4超声波振动切削有限元仿真

采用Johnson-Cook材料模型,以任意拉格朗日欧拉网格算法(ALE)实现切屑分离,建立了热应力耦合二维正交振动切削模型,并进行了钛合金TC4超声波振动稳态切削的有限元仿真,得到了振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,同时将振动切削与普通切削进行了对比分析,分析结果表明,振动切削中切屑变形系数、切削力、切削温度明显降低,剪切角增大.     

TC4钛合金深槽插铣加工

针对钛合金深槽开槽加工效率较低的问题,对TC4钛合金深槽进行插铣开槽试验研究,并对其已加工表面形貌、切屑形态、刀具磨损及切削效率进行了分析。结果表明:插铣加工表面粗糙度较大,铣刀的端面刃为主切削刃,刀具磨损主要发生在铣刀的端面刃。对于钛合金深槽的开槽加工,插铣加工切削过程平稳,具有比层铣更高的切削效率。     

静电冷却干式切削钛合金TC4的刀具磨损试验研究

钛合金TC4的切削加工性差,采用极压切削液会污染环境,不符合可持续发展要求,故提出了静电冷却的绿色切削技术,研制了空气电离装置及供气系统,分别在干切、乳化液和静电冷却条件下,对硬质合金刀具YG8切削钛合金TC4时的后刀面磨损进行了试验研究,给出了后刀面磨损曲线,建立了切削速度与刀具使用寿命的关系式。结果表明,静电冷却可减少刀具磨损,提高刀具寿命,是一种清洁的绿色冷却切削工艺。     

钛合金TC4切削力试验研究

基于正交试验,针对钛合金TC4难加工性,研究了切削速度、每齿进给、轴向切深和径向切深对切削力的影响规律;借助概率统计和回归分析相关理论和方法,建立了钛合金TC4切削力的预测模型,并对该模型及回归系数进行显著性检验。研究表明,切削力随切削速度的增大而减小,随每齿进给、轴向切深、径向切深的增大而增大;轴向切深、径向切深对Fxmax影响显著;每齿进给、轴向切深和径向切深对Fymax、Fzmax、Fmax影响显著,切削速度对切削力影响不显著;经检验,建立的切削力预测模型是高度显著的。     

预应力切削加工TC4钛合金表面残余应力的有限元模拟

采用预应力切削方法对TC4钛合金进行加工,建立了预应力切削TC4钛合金的有限元模型,模拟了不同预应力下锯齿状切屑的形成过程及加工表面的残余应力分布情况,然后将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:预应力切削可以调整已加工表面的残余应力分布状态和应力值,在弹性变形范围内,预应力越大,加工后表面的残余压应力越大,残余压应力的分布也越深;预应力对锯齿状切屑的形成无明显影响;模拟结果和试验结果具有较好的一致性。     

TC4钛合金高速铣削加工刀具失效机理研究

以TC4钛合金为试验材料,采用超细硬质合金PVD涂层刀具进行高速铣削加工,研究刀具在铣削TC4材料时的失效机理。试验通过采用扫描电子显微镜(SEM)和元素能谱检测(EDS),分别对失效刀具的刃口区域、前刀面区域、后刀面区域的磨损进行失效形貌检测和合金元素成分的分析测试。研究表明:超细晶粒硬质合金PVD涂层刀具进行TC4钛合金高速铣削加工时,刀具的失效形式在不同加工区域各有不同,刃口以黏结磨损失效和热—机械疲劳磨损失效为主,前刀面和后刀面以黏结磨损失效为主,刃口的热—机械疲劳裂纹扩展到前刀面和后刀面,并加剧了刀具的崩缺失效。     

TC4钛合金等温锻造工艺数值模拟

采用DEFORM 3D有限元分析软件数值模拟TC4钛合金等温锻造过程.通过软件模拟,了解锻件成形的应力应变及金属流动等情况,为工艺的确定和设备的选取提供理论依据.     

超声振动车削TC4钛合金的切削性能研究

为了探究超声振动车削过程中切削力和切削温度的变化规律,使用Third Wave Advant Edge切削仿真软件,基于POWER-LOW本构模型和ALE网格划分方法建立TC4钛合金车削加工的有限元模型,获得传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化情况。结合超声振动车削中刀具切削速度和位移变化规律,对传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化规律展开对比分析;探究超声振动车削中的工件进给速度、刀具振频和振幅对切削力的影响规律,实现各加工参数的最优组合,为实际加工提供参考。     

钛合金TC4放电加工电极损耗研究

针对钛合金TC4在火花油中放电加工电极损耗大的问题,以蒸馏水和火花油为工作介质,进行了钛合金TC4的放电加工试验,分析比较了两者的电极绝对损耗量和相对损耗率的差异,并从加工波形和加工后电极的表面微观形貌及主要成分等几个方面研究了电极损耗机制。结果表明:蒸馏水的绝缘性较差,而流动性和冷却性好,消电离较充分,改善了极间状态,加工稳定,使加工效率大大提高;另外加工过程中产生的少量氧化钛和从工件飞溅的蚀除产物附着在电极表面,形成覆盖层,有效抑制了电极损耗。其电极绝对损耗与火花油加工时相差不大但相对损耗却大大降低。