切削加工中残余应力产生原因的研究

阐明了切削加工中残余应力产生的几种主要原因，刀具接触点前方区域的塑性凸出效应；刀具接触下区域的挤光效应；及热应力的影响。     

切削条件对刀具中应力分布的影响

本文通过对加工过程的分析,计算得到了不同切削条件下刀具前刀面应力分布的具体表达式;利用有限元方法计算了二维切削时刀具各点的应力分布,初步探讨了不同切削条件对刀具中应力分布的影响。在计算的基础上,提出了刀具前刀面与切屑分离点附近压应力较为突出的原因是由于外载荷变化梯度较大所引起的看法。     

过渡切削过程的分析

逆铣和磨削等多刃回转刀具的切削过程,是一种包含材料的弹性变形、塑性变形和切离三个阶段的过渡切削过程。本文对过渡切削过程的机理进行了简要的分析,提出了一种以切削厚度为基本参数的过渡切削模型,并指出塑性滑动率是影响已加工表面质量的主要因素。     

切削加工中的刀—屑接触区应力分布计算模型建立

切削加工中,刀—屑接触区的应力分布直接影响着切削加工性能、切削温度分布及刀具磨损等,本文通过对直角切削时的切削力的分析和刀—屑接触长度的计算,建立了刀屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,通过该模型可直接得到刀具前刀面的应力分布情况.     

切削区温度分布研究

金属切削加工中,切削热与切削温度是一重要的物理现象,切削温度及其分布直接影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量.本文通过分析切削力和刀—屑接触长度的计算,建立了刀—屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,采用有限元法对稳态切削过程中切削温度分布进行了计算,得到了切削区切削温度的分布情况.     

超重型切削过程硬质合金刀具高温力学特性

超重型切削过程中,刀具的高温失效是硬质合金刀具破损的主要形式之一。首先,通过理论分析、切削仿真及数学模型进行切削热产生过程分析,并研究切削温度对硬质合金刀具变形抗力的影响;然后,进行切削温度及材料高温硬度测量实验,实验结果验证模型有效,硬质合金和工件材料试块的硬度在1000℃时分别下降了28%和60%左右;最后,从刀具几何结构优化设计和复合涂层技术两方面提出超重型切削专用硬质合金刀具抗高温性能的提效措施,在5组切削参数下进行刀具寿命对比实验,优化设计的XF8刀具寿命是YT15刀具的2~5倍。研究结果可以为重型高效切削刀具技术的研究及推广提供借鉴。     

高速切削刀具的分析研究

介绍高速切削技术在机械加工上的优势,通过高速切削加工对刀具材料、刀具结构、几何角度和安全性的要求分析影响刀具寿命的因素,得出高速加工切削力、切削温度、刀具寿命、表面粗糙度及切削稳定性影响规律,对今后的实践加工具有参考和借鉴作用.     

模块式重型车刀破损切削温度监控系统

研究了用切削温度为控制信号来检测刀具破损，用热电偶作为温度传感器，采用８０９８单片机为微处理器进行切削温度信号实时分析处理，编制出一系列控制软件和实时工作软件来实现监控。当刀具破损或严重磨损时，监控仪可发出声光报警信号，并操纵车床向退刀，其报警成功率在９０％以上。     

刀具磨损与动态切削温度关系的探讨

通过试验发现,在车削过程中,动态切削温度随着刀具磨损的增大而上升。当刀具磨损较小时,动态切削温度随刀具磨损上升缓慢,当刀具磨损较大时,动态切削温度随刀具磨损上升速度加快。本文还在理论上对此进行分析。从而证明了动态切削温度可以用于刀具磨损在线监测。     

钛合金正交切削过程数值模拟

为了研究刀具磨损、加工表面残余应力分布,优化高速切削参数,基于切削条件下材料屈服流动特性、刀具-切屑界面接触摩擦行为以及单元网格划分,建立切削加工过程的有限元仿真模型.通过此模型模拟了钛合金连续状和锯齿状切屑的形成过程.以观察实际切屑形态,验证了该模型的有效性.     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

基于切削建模的螺旋铣孔刀具角度优化

针对钛合金螺旋铣孔过程中的刀具角度优化问题,固定切削参数,通过一系列实验,得到了螺旋角和前角不同的刀具产生的轴向切削力.利用遗传算法,结合Matlab程序对实验数据建立切削力模型,分析了刀具螺旋角和前角对切削力的影响,并对角度参数进行了优化.     

Effect of cutting speed on residual stress of special coating during remanufacturing

To study the residual stress of the special coating at different cutting speeds, the cutting of FeAlCrBSiNb coating is analyzed with the finite element method (FEM) and experiment according to the coating characteristics. The CNC machine tool is used to cut the coating and the X-ray stress equipment is used to measure the residual stress of coating. The experimental and FEM results agree with each other. Also, the residual-stress coating depth is deeper and the residual stress of the coating surface is larger with increasing cutting speed. In addition, the residual stress of the coating surface is in the suppression state affected by axial residual stress and circumferential residual stress, and the residual stress of the deeper coating is in the tensile state based on the original state of arc spraying and cutting process.     

考虑过程阻尼的圆弧刃铣削淬硬钢极限切深

为了研究圆弧刃铣刀动态铣削过程中的过程阻尼情况,通过分析刀具结构的几何参数和工艺参数,对现有的模型进行整合优化,建立了圆弧刃铣刀过程阻尼的动态铣削数学模型.基于改进的数学模型,计算出后刀面侵入体积,并进行大量切削稳定极限实验,得到了高速下的极限切深.同时,应用Matlab和ANSYS软件解算得到铣削模态方程的过程阻尼系数,结合能量平衡方程,给出了淬硬钢耕犁力系数,进而预测极限切深.仿真结果表明,刀具后角和刃口半径对过程阻尼影响显著,预测极限切深与实验结果一致.     

高能效高速稳态铣削参数优化

为了提高铣削加工的能量利用率,提出了一种以无颤振切削为约束条件,以能量利用率为优化目标的铣削参数优化方法.基于机床的能耗特性,建立了提高能量利用率的无颤振铣削参数优化模型.利用切削稳定域图确定主轴转速的优化区间,利用切削力、切削功率、切削速度等条件确定切削深度、切削宽度及进给速度的优化区间,并通过合理选择各参数的优化步长快速获得切削参数.以五轴雕铣机为实验机床,45#钢为切削材料进行了验证试验,结果表明,该参数优化方法使能量利用率得到了较大提高.     

Theoretical modeling of cutting temperature in high-speed end milling process for die／mold machining

A parametric model of cutting temperature generated in end milling process is developed according to the thermal mechanism of end milling as an intermittent operation, which periodically repeats the cycle of heating under cutting and cooling under noncutting. It shows that cutting speed and the tool-workpiece engagement condition are determinative for tool temperature in the operation. The suggested model was investigated by tests of A1TiN coated endmill machining hardened die steel JIS SKD61, where cutting temperature on the flank face of tool was measured with an optical fiber type radiation thermometer. Experimental results show that the tendency of cutting temperature to increase with cutting speed and engagement angle is intensified with the progressing tool wear.     

The Stress Distribution and Thermal Behavior of TiBN and TiBN／TiN Coatings in Milling AISI H13 Work Tool Steel

The FEM model of TiBN ant TiBNI TiN coated cutting tool in milling of H13 steel was developed. Process variables such as temprature and stress in the coating layer as well as in the substrate were analyzed. The efficacy of the present FEM analysis was verified by conducting controlled milling experiments on AISI H13 to collect the relevant tool life and force data. The results show that the stress in a coated tool can significantly be reduced compared to an uncoated cutting tool, possibly due to surface coatings improving the tribolagical properties of cutting tools. Coatings with good thermal properties also help to improve the thermal behavior of cutting tool.     

易切钢种8K的铣削参数优化

本文对易切削塑料模具钢8K进行了铣削加工参数优化试验研究，对刀具材料进行了优选，给出了常用的M2高速钢刀具和YTS25硬质合金刀具粗，精铣削的较为理想的加工用量范围。这些结论从理论和实验两个方面为企业生产决策提供了支持，可作为制造塑料模具的重要参考。     

立式微铣床结构的优化设计与分析

在立式微铣床的设计期间,对机床常用结构进行拓扑优化分析,初步确定龙门结构基本形状。然后通过Ansys Workbench中的Design Exploration模块设计仿真实验,采用响应面法(RSM),以减小静力变形量和应力为目标,对立式微铣床龙门结构的跨度和高度参数进行了优化,利用权函数法得出该模型下的最优结果,加强了立式微铣床龙门结构稳定性。最后通过有限元分析软件对该立式微铣床整机结构进行了动静态特性分析,对微铣床结构设计上能否满足设计要求进行了校核。     

端铣切削可转位铣刀片刃前区温度场分析

端铣切削难加工材料3Cr1Mo1/4V过程中产生切削高温,导致刀片破损速度加快,使用寿命降低.因此精确控制切削热和准确测量切削温度成为决定此类难加工材料切削性能的关键因素.通过可转位铣刀片断续车削模拟端铣切削的实验方案,利用红外辐射测温法分析切屑自由端表面的温度分布规律,并借助有限元软件的热传导单元获得刀-屑接触区及切屑内部的温度场分布.研究结果表明,断续切削实验方案及有限元模拟可有效用于铣刀片刃前区温度场分析,从切屑一侧研究切削热及切削温度,为优化设计铣刀片槽型,提高刀具寿命和加工效率等奠定基础.