超高速面铣淬硬钢涂层刀具切削性能研究

为探索超高速切削条件下涂层硬质合金刀具的切削性能,进行了超高速面铣淬硬钢实验,研究了切屑成形、切削力、刀具磨损以及表面粗糙度的特点。研究结果表明:在切削速度为2 800 m/min时,部分切屑出现了锯齿分离的现象;而在切削速度为2 000 m/min时,开始出现球状切屑;这两种切屑形态分别表征了超高速切削条件下高强度的热、机械冲击以及极高的切削温度;切削力及工件表面粗糙度均随切削速度的升高呈先下降后上升的趋势,并在切削速度为1 500m/min时达到最小值;超高速切削条件下,极高的切削温度导致刀具材料力学性能下降,刀具后刀面的主要失效机理为磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损。由于高强度的热、机械冲击,刀具前刀面的主要失效机理为涂层剥落。     

高速切削TC4有限元数值模拟研究

利用有限元分析软件,研究刀具高速切削钛合金时锯齿状切屑的形成过程。模型采用绝热剪切准则,有效解决了锯齿状切屑形成的问题。仿真模拟了刀具在不同切削深度以及不同切削速度的情况下,参数的改变对切削过程的影响。结果表明,锯齿状切屑的形成与绝热剪切有关。     

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。     

高速切削AF1410的切削温度有限元仿真分析

用Abaqus有限元分析软件建立WC硬质合金刀具高速切削AF1410高强钢的二维仿真模型,对切削过程进行模拟,获得切削过程中刀具、工件的温度分布情况,研究分析切削用量对工件的最高切削温度和稳定切削区平均最高温度的变化情况。结果表明:切削过程中刀具、工件的温度变化趋势可分为3个阶段,每个阶段变化特征不同,且刀-屑接触面附近工件的最高切削温度始终高于刀具;工件的最高切削温度和稳定切削区工件的平均最高温度均随切削速度和切削深度的增加而增加,但随切削深度的增加幅度较小;稳定切削区域工件平均最高温度随切削速度和切削深度的增加速率低于工件最高切削温度的增加速率。     

炸药切削数值模拟研究

采用LS-DYNA显式非线性动力分析程序，针对HMX基PBX炸药材料的切削加工进行了切削数值模拟及相关模型的研究，完成了不同切削参数下切削力的数值计算，与实验测量结果吻合较好。研究表明，在切削宽度远大于切削层厚度的条件下，采用平面应变切削模型进行炸药切削数值模拟是可行的，等效应力失效准则适合于描述炸药切屑的断裂和分离。切削力的计算结果显示，切削力随切深和进给量的增大而增大，切削速度对切削力的影响不明显，其中，切深对切削力的影响最为显著。     

单晶SiC微切削机理分子动力学建模与仿真研究

单晶SiC硬度高、脆性大,加工困难,在塑性域加工时处于纳米尺度才可明显改善表面质量、获得高的精度。而单晶SiC的切削机理研究使用有限元和实验方法,无法获得时间尺度在飞秒或皮秒下材料发生的变化。为此,采用分子动力学模拟方法,对单晶3C-SiC切削过程进行了建模和仿真,分析了在不同切削速度、切削深度下切削力的变化。研究结果表明：切削速度为50 m/s、100 m/s和200 m/s时对应的平均切向切削力为737.34 nN、635.29 nN和587.09 nN,单晶SiC表面采用合适的切削速度能减小切削过程的切削力。     

高效切削高强钢切削力和切削温度仿真研究

基于Abaqus有限元仿真软件建立切削30CrNi2MoVA高强钢的二维模型，研究切削力和切削温度随切削参数的变化规律。结果表明：高效切削30CrNi2MoVA高强钢时，切削力随切削速度的变化不明显，随切削深度的增加近乎直线增大；刀尖和前刀面的最高温度随切削速度和切削深度的增加而增大。     

锻压镁合金材料端面高速铣削过程中切削力特征规律分析

在切削速度471～2 356 m／min内,综合应用析因试验设计与均匀试验设计,对镁合金进行了高速铣削试验。在分析其切削力特征规律的基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的数学模型。试验结果表明：高速切削镁合金材料时,切削速度和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。     

叶轮轻量化用Ti_2AlNb基合金的切削加工性研究

针对航天发动机叶轮零件轻量化用Ti2AlNb基合金的高效切削加工需求,分别选择通用牌号YG类硬质合金刀具和复合Si3N4陶瓷刀具进行了刀具耐用度对比试验,分析了陶瓷刀具前、后刀面的磨破损失效形态和材料的切削加工性;通过正交试验研究了切削表面粗糙度随切削速度、进给量、切削深度的变化规律,建立了表面粗糙度的特征曲面。结果表明,复合Si3N4陶瓷刀具对于Ti2AlNb基合金的切削性能有了大幅度的提高,能够获得相对稳定的刀具耐用度,其正常切削阶段的磨损主要由较高的切削温度引起,为合理选取切削刀具和工艺参数提供了试验依据。     

刀—屑摩擦对斜角切削切屑流动特性影响的仿真研究

采用显式有限元程序,对不同刀—屑摩擦系数时的斜角切削过程进行三维仿真实验,研究切屑在前刀面上的流动特性,刀—屑摩擦对切屑流动方向和螺旋卷曲半径的影响规律和作用机理。结果表明,斜角切削时,切屑从切削刃处以倾斜方向流出,然后沿前刀面产生侧向弯曲,因此切屑流出速度方向与刀刃法向的夹角逐渐增大;当切屑与前刀面分离后,形成螺旋卷屑排出。刀—屑间摩擦力的分布情况是引起切屑在前刀面上产生侧向弯曲的主要原因。随着刀—屑摩擦系数的增大,切屑在前刀面上侧向弯曲曲率减小,而切屑螺旋卷曲半径增大。而且,刀具前角越小,刀—屑摩擦对切屑流动特性的影响越大。     

碳纤维复合材料切削过程的有限元模拟

基于Hashin失效准则,在ABAQUS/Explicit中建立碳纤维复合材料的二维正交切削模型。采用此模型研究切削条件对复合材料切削表面质量的影响。模拟得到了崩碎切屑的形成过程、切削力随刀具行程的变化曲线、应力在刀具及工件中的分布,并分析背吃刀量对切削过程中加工表面质量及切屑形貌的影响,从理论上提出改善复合材料切削表面质量的分析方法。     

Ti-6Al-4V HIP的显微结构对切削力与切削温度的影响

热等静压工艺作为一种近净成形技术,能够有效减少钛合金零件的切削加工工序。采用HIP方法制备具有不同致密度、显微组织和力学性能的Ti-6Al-4V HIP材料,研究其切削力和切削温度。随着HIP材料致密度的降低,其显微组织和力学性能导致切削力先增大后减小、切削温度先降低后增加,而其微孔隙的变化导致切削力和切削温度随着切削速度呈不同的变化规律。     

多晶锗塑性切削机制和力学特性的仿真研究

为探究多晶锗纳米尺度的塑性切削机制和力学特性,采用分子动力学方法(MD)模拟金刚石刀具纳米切削多晶锗过程,对材料的晶体结构,位错分布及演变,应力传导和切削力波动规律进行详细分析;并研究不同切削参数对加工过程的影响。结果表明:晶体结构的非晶转变和晶界与晶体滑移,位错等缺陷相互作用,导致切削力周期性波动;切削过程中非晶体区沿晶界扩展,但晶界阻碍非晶体区跨晶界扩展;位错仅存在晶界附近,而位错类型和数量随晶界处的原子运动和破坏程度发生改变,材料塑性去除主要由晶粒内部的非晶转变和晶界的位错运动所致;晶界的等效应力比晶粒大,分布和传导方向与非晶体原子的一致;切削速度增加使切削区温度上升、应力和切削力减小;切削深度增加易使缺陷原子数量上升,位错线长度降低。通过Diamond结构多晶的研究结果证实多晶锗切削仿真的正确性。     

7055铝合金高速切削三维有限元模拟

基于ABAQUS建立YG硬质合金刀具铣削7055铝合金的三维有限元模型,并对三向切削力及切削温度进行三维有限元模拟。结果显示:切削力仿真值与实验值之间有合理一致性,切削温度仿真值与实验值之间的最大误差为15%,在允许范围内,对实际生产及切削参数优化提供指导意义。     

非共轴螺旋后刀面微钻几何结构优化与刃磨制备研究

非共轴螺旋后刀面微钻相比普通平面后刀面微钻,在刀具刃磨效率及其钻削性能方面具有显著优势。微钻几何结构微小改变将引起钻削性能的重大变化。建立非共轴螺旋后刀面和螺旋槽的数学模型,计算不同几何结构参数下微钻的切削刃形状、前角和未变形切屑厚度,同时建立不锈钢微孔钻削有限元仿真模型,分析螺旋角、钻芯厚度与锋角对钻削力、温度与切屑形态的影响规律,对非共轴螺旋后刀面微钻几何结构进行优化。仿真结果表明：随着锋角增大,轴向力增大,扭矩和温度降低;随着螺旋角增大,钻削力和钻削温度降低,但是当螺旋角增大到40°时,切屑为带状切屑,切屑易阻塞,容易引起刀具折断;随着钻芯厚度增大,钻削力和钻削温度同时增大,切屑宽度减小。结合不锈钢微细钻削过程中钻削力、钻削温度和切屑形态的变化规律,提出优化的微钻几何结构参数。基于六轴数控工具磨床以及所建立的数学模型,磨制出非共轴螺旋后刀面微钻。测量结果表明,其几何参数与设计值基本一致。钻削试验结果表明,该几何结构参数的微钻具有良好钻削性能。     

SiCp/Al复合材料超精密车削切屑形成机制及形成过程模型

通过观察切屑根部和切屑的形态及金相微观组织,采用细观分析法和金属切削理论分析法相结合,研究、分析了天然单晶金刚石（SCD）和聚晶金刚石（PCD）刀具超精密车削SiC_p/2024Al和SiC_p/ZL101A复合材料时的切屑形成机制,并建立了这两种材料的切屑形成过程模型。结果表明：切屑呈厚度准周期性变化的锯齿状;切削变形时工件材料中微裂纹的动态形成和扩展、剪切角周期变化是形成这种切屑形态的两种主要机制;该材料微观上的不均匀性、材料本身的各种缺陷以及大量不可变形增强颗粒的存在,使得切削时剪切区材料产生大量的微裂纹和微空洞,而其微观组织特性、力学性能特性以及切削时周期性的滑-停现象决定了剪切角周期变化;增强颗粒体分比、切削速度、进给量、刀具刃口半径是影响切屑形成的主要因素。     

切削参数对切削高强钢刀具磨损仿真研究

34CrNiMo6高强钢硬度高、强度高,在切削加工中刀具磨损严重.针对切削参数与刀具磨损的关系,建立车削34CrNiMo6高强钢刀具磨损仿真模型.用三因素四水平正交试验法研究切削用量三要素在切削过程中对刀具的影响.结果表明:刀具磨损量受切削深度影响最小,受切削速度影响最大.     

切削参数对高速铣削Stellite6合金切削力的影响

通过正交试验对Stellite6合金进行高速铣削加工，用极差、方差分析研究切削速度、轴向切深、径向切深和每齿进给量对切削力的影响。结果表明：在研究范围内，铣削参数对切削力的影响显著性由大到小为每齿进给量、轴向切深、径向切深、切削速度；以切削力最小为目标的最优切削参数组合为vc=100 m/min,fz=0.08 mm/z,ap=0.4 mm,ae=18 mm。     

核磁兼容机器人本体材料的切削加工性

选择3 种核磁兼容非金属材料即聚丙烯、尼龙、聚甲醛进行切削力试验和粗糙度测量,分析不同切削参数下的三维切削力和粗糙度Ra 的变化规律。在此基础上,结合加工所获切屑形状,运用有向图和矩阵(DAM)法对3 种材料的切削加工性进行评价,结果表明:尼龙切削加工性最优,聚甲醛其次,聚丙烯最差,因此宜选择尼龙作为核磁兼容机器人本体制造材料。     

切削用量对高效铣削高强钢切削温度的影响研究

用涂层硬质合金刀具对30CrNi2MoVA高强钢进行单因素铣削试验，研究切削用量对切削温度的影响规律。结果表明：在切削用量选择范围内，高效铣削高强钢的切削温度随切削速度、进给量、轴向切深的增大而升高，进给量对切削温度的影响较小；轴向切深对切削温度影响较大，随轴向切深增大，温度升高明显；切削速度大于250 m/min时，切削温度升高明显。