高速铣削钛合金Ti-6Al-4V切削力仿真研究

切削力对工件的机械加工性和刀具磨损有重要的影响。基于有限元仿真技术,针对钛合金Ti-6Al-4V高速铣削力进行数值仿真,重点研究切削参数对铣削力的影响规律。结果表明:随着每齿进给量和径向切深的增加,切削力有不同程度的增加;随着轴向切深的增加,切削力呈正比增加趋势,但主轴转速对铣削力影响并不明显。分析结果为钛合金Ti-6Al-4V高速铣削加工工艺参数优化奠定了基础。     

基于切削力与振动特性钛合金铣削工艺参数研究

针对钛合金材料的难加工性,基于正交试验,研究了工艺参数对切削力、切削振动等影响规律,提出了综合考虑切削力、切削振动的工艺参数优化方法。研究结果表明,轴向切深、径向切深和进给速度对切削力影响显著,其中轴向切深、径向切深对X方向(垂直加工表面)切削力影响非常显著;切削速度对切削振动影响显著,频谱分析表明试验条件下未发生切削颤振。考虑各工艺参数对切削力、切削振动的显著程度,建立了以切削力、切削振动为约束条件,最大金属切除率为优化目标的工艺参数优化模型,进而获得了不同约束条件下的工艺参数优化组合。     

高速铣削铝合金时切削力和表面质量影响因素的试验研究

对高速铣削典型铝合金框架结构工件时的切削力和加工表面质量进行了试验研究。在高速进给铣削时 ,当进给方向发生改变 ,机床的加减速特性将导致在拐角处进给量减小、铣刀切入角增大 ,从而引起切削力增大和加工振动。在恒切削效率条件下高速铣削铝合金的试验结果表明 ,高速铣削时宜采用较小的轴向切深和较大的径向切深 ,以减小铣削力、提高加工表面质量 ;刀具动平衡偏心量是高速铣削时引起轴向振纹的主要原因     

型腔模具拐角高速加工的切削力研究

在型腔模具的高速铣削中,拐角处切削力的突变会影响加工的质量和加工效率。拐角高速铣削中,对影响切削力的主要因素有进给速度、轴向切深、径向切深和主轴转速。为了研究拐角加工中切削参数和切削力的关系,先进行了一系列的单因素实验,然后进行四因素四水平的正交试验,通过线性回归正交实验法,建立拐角铣削力预测模型。对该预测模型进行了回归方程和回归系数的显著性检验,证明了该预测模型的显著性及得出各因素的对切削力的影响顺序。该模型可用于高速拐角加工中预测切削力及合理选择铣削参数。     

基于铣削均匀性的切削参数优化

分析了高速铣削加工切屑形成过程中刀具—工件的接触行为,提出了考虑轴向切削深度和径向切削深度的铣削均匀性模型。在此基础上,以恒定的金属去除率为约束条件、铣削均匀性系数为优化目标,建立了切削参数的优化模型。通过对航空铝合金进行高速铣削试验,验证了铣削均匀性理论及优化模型的合理性。结果表明,对于航空铝合金的高速铣削加工,采用大径向切深—小轴向切深有利于提高铣削均匀性,减小切削力。     

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。     

高速铣削司太立合金切削力的研究

司太立合金是一种以钴、铬、钨为主要元素的硬质合金,较多用于以金属粉末的形式在各种基体金属表面进行堆焊,堆焊层具有耐高温、耐磨损、抗腐蚀等优点,但其切削加工性较差。通过建立司太立合金的高速铣削仿真模型,研究了铣削参数对铣削力的影响规律,建立了主切削力经验公式。结果表明,在研究参数范围内,铣削参数对主切削力的影响显著性由大到小的顺序为：每齿进给量、轴向切深、径向切深、切削速度,其中主切削力的变化与切削速度呈负相关,与每齿进给量、轴向切深和径向切深呈正相关。     

铣削加工中切削参数对切削力的影响

切削力是影响零件加工质量和刀具使用寿命的重要因素,而切削力的大小又是和切削参数息息相关的,因此,研究铣削加工中切削参数各因素(切宽、切深和每齿进给量)对切削力的影响有着非常重要的意义.文中通过设计一系列的切削实验,对铣削加工过程中,影响切削力的切削参数各因素进行了分析,从而得出其中的普遍性规律,为铣削加工中切削参数的选...     

加工Ti-6Al-4V硬质合金立铣刀的几何参数优化仿真研究

Ti-6Al-4V属于难加工材料,具有热导率低、加工硬化现象严重和弹性模量低等特点,而硬质合金刀具对该材料具有较好的加工性能。刀具的几何参数对刀具上的应力、切削力、切削温度和加工表面质量有重要影响,故可以通过优化刀具几何参数来获得刀具的最优切削性能。建立三维铣削有限元模型,经过切削仿真试验分析硬质合金平头立铣刀的螺旋角、径向前角及径向后角对切削过程中的最大正应力、切削力及切削温度的影响,实现刀具几何参数的优化设计。     

拐角高速铣削切削力正交试验研究

对DMU60T高速加工中心加工P20模具钢时的15°、45°和75°拐角高速铣削切削力进行正交试验研究.绘制了单因素趋势图,运用单因素极差分析法分析了拐角切削力与切削参数(轴向切深ap、径向切深ae、进给速度f、主轴转速n)的关系,优化了拐角高速铣削参数.试验表明:轴向切深和进给速度是影响拐角切削力的主要因素,主轴转速和径向切深是次要因素.     

螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划

以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响,并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上,研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证,试验过程中未出现颤振现象,表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。     

Modelling, simulation and experimental investigation of cutting forces during helical milling operations

The kinematics of helical milling on a three-axis machine tool is first analysed. An analytical model dealing with time domain cutting forces is proposed in this paper. The cutting force model is established in order to accurately predict the cutting forces and torque during helical milling operations as a function of helical feed, spindle velocity, axial and radial cutting depth and milling tool geometry. The forces both on the side cutting edges and on the end cutting edges along the helical feed path are described by considering the tangential and the axial motion of the tool. The dual periodicity which is caused by the spindle rotation, as well as the period of the helical feed of the cutting tool, has been included. Both simulation and experiments have been performed in order to compare the results obtained from modelling with experiments.     

基于斜角切削理论的钛合金螺旋铣孔切削力建模

通过分析螺旋铣孔的加工原理和计算加工过程中的运动向量,结合侧刃和底刃对切削力的影响,建立了螺旋铣孔过程的切削力解析模型。提出了基于斜角切削的切削力系数辨识方法,并根据斜角切削过程几何关系推导出摩擦角、剪切角、剪切应力的约束方程。开展切削力系数辨识试验和钛合金螺旋铣孔试验对仿真值进行验证,结果表明,切削力的仿真值与试验值误差较小,平均误差为9.55%,从而验证了斜角切削系数辨识方法的有效性和切削力模型的正确性。     

基于切削层形状的动态铣削力试验研究及建模

选取轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速为试验因素,采用YDX-Ⅲ9702型压电式铣削测力仪,进行了动态铣削力正交实验。针对立铣刀侧铣加工,研究了单刃铣削的临界条件,为设计试验方案提供了理论依据。结合铣削过程,采用角度积分方法求解铣削力模型,避免了轴向积分的繁琐计算。精确地建立了简捷且适应性强的基于切削层形状的动态铣削力预测模型,模型的仿真结果和试验数据相吻合。     

Cutting Force Model for a Small-diameter Helical Milling Cutter

In the milling process, the major flank wear land area (two-dimensional measurement for the wear) of a small-diameter milling cutter, as wear standard, can reflect actual changes of the wear land of the cutter. By analyzing the wearing characteristics of the cutter, a cutting force model based on the major flank wear land area is established. Characteristic parameters such as pressure parameter and friction parameter are calculated by substituting tested data into their corresponding equations. The cutting force model for the helical milling cutter is validated by experiments. The computational and experimental results show that the cutting force model is almost consistent with the actual cutting conditions. Thus, the cutting force model established in the research can provide a theoretical foundation for monitoring the condition of a milling process that uses a small-diameter helical milling cutter.     

Effects of Cutting Angles in Ti-6al-4v Milling Process on Surface Integrity: Influence of Roughness and Residual Stresses on Fatigue Limit

□ The influence of the milling process on the fatigue behavior of a titanium alloy was investigated. The effect of cutting conditions such as the cutting angles (axial and radial rake angle) on the surface integrity (roughness and the residual stresses) was observed. The results indicated that the cutting angles have a limited influence on roughness parameters, whereas the effects on residual stresses were greater. A negative axial rake angle induced compressive residual stresses regardless of the radial rake angle. In contrast, a positive axial rake angle combined with negative radial rake angle induced tensile residual stresses. To evaluate the fatigue limit, the four point fatigue tests were carried out. Result showed the fatigue limit is sensitive to the surface integrity. The fatigue limit was also evaluated by analytical method (Arola model). A good correlation was found between the analytical results and the experimental results when cutting angles induced compressive residual stress. However the Arola model was less accurate for tensile residual stress surface condition. To improve the prediction precision, the residual stress was considered as a sensitivity parameter and added to Arola model.     

基于动力学不确定性的重型切削工艺参数优化

针对数控重型切削加工过程的切削稳定性具有不确定性的特点,提出了在切削稳定性和机床工作能力的约束下,获得最大材料去除率的工艺参数优化方法。根据重型切削加工的工艺特点建立三维动力学模型,以机床的固有频率、阻尼比、刚度和切削力系数作为不确定因素,结合排零定理和边理论对其进行不确定性分析,获得稳健的切削稳定性叶瓣图,结合切削深度、刀具直径和刀具齿数的关系,为加工过程选择能获得最大切削深度的刀具。在此基础上,建立工艺参数优化模型,选择最佳的轴向切削深度、径向切削深度和主轴转速的组合,最后以一台加工中心上某型号发动机缸体表面的粗加工过程为例进行了验证。