基于Inconel 718车削过程有限元仿真的刀具刃口几何参数优化

基于Third Wave Advant Edge建立二维有限元模型,对镍基高温合金Inconel 718的车削过程进行数值仿真分析,并通过直角车削试验验证仿真模型的精准度;提出了刃口几何参数的优化流程,获得了不同刃口几何参数下的切削温度和应力分布,研究了刀具刃口几何参数对刀具应力及刀具温度的影响,进而对加工镍基合金的刀具刃口参数进行优化。仿真结果表明:在选定后角7°时,粗加工镍基合金Inconel 718的最优前角为6°,最优刃口钝圆半径为60μm;随着刀具前角的增加(0°~10°),切削温度逐渐增加,刀具应力先减小后增加,切屑的高温区逐渐减小,刀具的高应力区逐渐向后刀面扩展;随着刃口钝圆半径的增加(30μm~80μm),刀具温度逐渐增加,温度分布无明显变化,刀具应力先减小后增加,切削刃附近应力集中现象减弱。     

钝圆半径对镍基高温合金的铣削性能影响

铣削典型的难加工材料镍基高温合金时,刀具刃口直接接触参与切削,对铣削性能起到决定性作用.通过建立刀具精确三维模型和有限元切削仿真模型,对不同钝圆半径的圆角铣刀铣削镍基合金进行仿真,分析钝圆半径对切削性能的影响,开展切削试验进行验证.结果 表明:钝圆半径对刃口附近集中区域的应力和温度以及进给抗力和切深抗力影响较为显著;钝...     

高压冷却下PCBN刀具切削高温合金切屑卷曲折断机理及试验研究

高温合金广泛应用于航空航天领域,是一种典型的难加工材料,切削过程中切屑缠绕工件及刀具、不易折断,从而降低刀具寿命和已加工表面质量。PCBN是超硬刀具材料,加工高温合金等高温高强度钢性能优异,但由于刀具材料特性通常采用平前刀面,因此切削过程中断屑比较困难。高压冷却是金属高效切削加工中一种新型加工技术,可以有效改善断屑性能、提升断屑能力、提高刀具寿命和加工表面质量。目前对高压冷却断屑机理研究较少,且高压冷却切削仿真不易实现,为充分研究高压冷却下高温合金切削加工中的切屑折断机理,通过建立切屑卷曲半径预测模型和断屑模型,进行高压冷却下切屑折断机理研究,主要通过在高压冷却下,对PCBN刀具切削镍基高温合金进行试验研究,研究不同冷却液压力下切屑卷曲半径变化规律,对理论分析结果进行验证。研究结果表明:在高压冷却加工中由于高压冷却液的存在,切屑受到附加冷却液压力影响,使弯矩发生变化,造成切屑卷曲半径减小,最终导致切屑应变增大、切屑易于折断;且由于卷曲半径的改变使极限进给量和极限背吃刀量降低,使高压冷却加工改善断屑性能的效果非常明显。上述研究成果为实现高温合金高压冷却条件下的切削加工奠定了理论基础。     

鐾刀法

鐾刀就是用油石来研磨刀具的刃口、后刀面、前刀面,以延长刀具的耐用度,改善切削情况。 1.刃磨后鐾刀 可降低切削刃、前刀面和后刀面的表面粗糙度,消除刃口上的毛刺、不平和锯齿形微观缺陷,这样可减少切削中的摩擦,减轻摩损。鐾刀还可清除刃边和前面上的积屑瘤残痕,改善排屑和钻孔质量。     

TiN涂层对积屑瘤和表面粗糙度的影响

工业技术的发展,使得对零件表面质量的要求越来越高。对于钢类材料的精加工,特别是拉削和齿轮切削等,由于在生产常用的切削条件下,积屑瘤难以避免,导致零件的已加工表面质量常常难以令人满意。对于由主切削刃形成已加工表面的加工工艺,积屑瘤是影响表面粗糙度的主要因素。为了降低工件的表面粗糙度,人们往往着眼于合理选择刀具几何角度,切削用量和切削液,但是由于积屑瘤是被切削材料在刀具前刀面上冷焊粘结形成的,所以,要想有效地降低已加工表面粗糙度,必须从根本上改善前刀面上刀具与切屑之间的摩擦粘结状况,抑制或消除积屑     

微织构刀具织构参数优化仿真研究

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构(微织构)可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距织构间距织构宽度正弦曲线幅值周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。     

镍基高温合金斜角切削的仿真研究

针对难加工材料镍基高温合金切削力大以及难排屑等问题,在ABAQUS有限元分析软件中建立三维斜角仿真模型,模拟镍基高温合金的切削加工过程。研究斜角切削状态下镍基高温合金材料的去除机理和切屑形成,通过正交试验和单因素试验,分析在不同切削参数下流屑角以及三维切削力的变化情况。采用有限元分析方法对镍基高温合金的三维斜角切削过程进行仿真研究,降低了研究成本,为镍基高温合金高效切削加工提供了理论参考。     

车削Inconel 718时涂层硬质合金刀具自组织过程

根据不可逆热力学的非平衡态下结构稳定与失效原理,当系统熵产生数达到一定值时,系统将会出现"行为临界点"。越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支,形成稳定的有序的自组织结构。采用硬质合金刀具对镍基合金Inconel 718进行了车削试验,分析了不同切削条件下形成积屑瘤、切屑流动带、氧化层和粘结层的磨损机理。通过热力学刀具磨损自组织原理,对金属切削工程中刀具的摩擦、磨损进行研究。研究结果表明高速切削镍基高温合金Inconel 718的过程中,积屑瘤、切屑流动带、氧化层和粘结层是刀具形成新的有序的自组织结构的体现。试验和理论分析证实,高速切削镍基高温合金Inconel 718过程中刀具的磨损过程就是非平衡态热力学结构稳定与失效的演变过程。     

断屑槽结构对Inconel 718镍基高温合金切削温度的影响研究

镍基高温合金强度高,在切削过程中产生的温度较高。基于ABAQUS有限元软件建立Inconel 718镍基高温合金三维切削仿真模型,通过单因素实验法研究断屑槽槽型结构对切屑形态与切削温度的影响。结果表明,不同断屑槽结构对切屑形态影响较大,并影响刀尖温度与最大切削温度。其中,梯形断屑槽与直弧形断屑槽相较于圆弧断屑槽与折线形断屑槽在断屑能力与切削温度等方面表现更优秀,这两种断屑槽刀具断屑及时,最大切削温度较低,切削温度变化较为平缓,更有利于提高工件表面质量和延长刀具使用寿命。     

金属切削变形对已加工表面质量的影响

当工件进入装配成为机器零件后,已加工表面质量对该零件的使用性能会造成很大的影响。表面质量的主要标志是表面粗糙度、加工硬化和残余应力。根据金属切削原理中对切削变形的研究理论,分析了金属切削变形对表面形成过程的内在影响:积屑瘤的生成增加了表面粗糙度值;刀具刃口和后刀面的挤压及摩擦使表面产生加工硬化;机械应力和热应力引起的变形使加工表面产生残余应力。     

硬质合金刀具高速车铣和铣削TC4钛合金磨损试验对比

采用H13A未涂层硬质合金刀具对TC4钛合金进行高速正交车铣和铣削试验,并从刀具磨损破损形态、磨损机理及其寿命等方面进行对比分析。研究表明:高速正交车铣和铣削钛合金时,前、后刀面主要以粘结磨损为主,车铣加工时在切削刃口易形成积屑瘤及连续切屑,但对刀具材料粘结较轻;高速铣削时,对刀具材料粘接较重,在前刀面刃口附近形成凹坑及崩刃;后刀面最大磨损的位置不相同。试验对比了相同切削条件时刀具使用寿命,结果表明采用正交车铣加工可以获得更长的刀具使用寿命。     

单晶金刚石刀具切削有色金属磨损机理研究

研究单晶金刚石刀具切削有色金属的磨损机理,分析切削过程影响加工工件表面粗糙度的影响因素和切削速度、进给量、背吃刀量等因素对积屑瘤生成的影响,以及积屑瘤对刀具切削力的影响。给出了切削过程中刀具与工件接触区温度和压力过高,导致金刚石刀具刃口发生石墨化、溶解、崩刃等磨损破损。前后刀面磨损、崩刃是金刚石刀具磨损主要形态。金刚石刀具磨损是微观磨损的不断积累,其磨损程度与磨损速度取决于金刚石碳原子在有色金属或在其它非金属材料原子中的溶解率。     

陶瓷刀具高速切削镍基高温合金沟槽磨损试验研究

通过陶瓷刀具高速切削镍基高温合金试验,计算了不同速度下切屑毛边对刀具前刀面和切削刃的冲击频率,分析了切屑毛边对沟槽磨损形成的影响;设计了去毛刺试验台,对比分析了去毛刺切削和常规切削时待加工表面切削毛刺尺寸和刀具沟槽磨损的大小。通过扫描电镜和能谱分析,对刀具沟槽磨损部位进行了观测与分析。试验结果表明,侧向切削毛刺和锯齿状切屑毛边是造成沟槽磨损的根本原因,黏结是加速沟槽磨损的重要因素。     

微切削加工的切屑变形及切削力

本文从分析微切削加工表面的形成机理入手,在考虑刀具钝圆半径存在的条件下,分析了切削表面的形成过程和微切削加工中切削变形系数,在理论上阐明了微切削加工中的切屑变形及切削力情况。在进一步实验的基础上,探明了微切削加工中,切削速度、进给量、切削深度、刀具材料及工件材料等影响切屑变形及切削力的因素。得出了微切削加工中的切屑变形系数要大于常规切削加工的切屑变形系数,减小刀具钝圆半径会减小刀具后刀面与工件的接触长度,并且会减小切削刃以下部分金属的变形,有利于获得高质量的加工表面的结论。     

用金刚石端铣刀高速加工铝材

试验用设计的金刚石端铣刀进行了铝合金铣削试验,在常规的切削速度下用普通刀具加工零件,由于积屑瘤和毛刺的形成,往往引起刀具寿命短,加工表面质量差及切削刃质量差.在许多行业的铝合金加工技术中,较高的表面光洁度及切削刃质量很重要,也很需要.本试验的结果揭示出使用新设计的金刚石端铣刀高速切削铝合金,能加工出镜面表面,而不产生积屑瘤和毛刺.     

GH4169镍基高温合金车削加工刀具失效机理研究

以镍基高温合金GH4169为试验材料,用超细硬质合金涂层刀具进行车削加工,研究刀具在车削GH4169材料时的失效机理。通过扫描电子显微镜(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、后刀面区域和沟槽磨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。结果表明:超细硬质合金涂层刀具车削加工镍基合金GH4169时,刀具的失效机理在不同位置有所不同,刃口以氧化磨损失效和粘结磨损失效为主,前刀面和后刀面以磨粒磨损失效为主,沟槽以及沟槽外以崩缺失效为主。     

YQ-9齿轮精切油

在金属切削过程中,刀具前刀面与切屑之间,刀具后刀面与工件的界面之间存在着很大的摩擦,使切削力、切削热、切削温度和工件变形增加,直接导致刀具磨损,同时也影响已加工表面粗糙度和零件精度等表面质量。采用切削液就是为了改善干切削时的切削条件。合理选用切削液,或者研制切削性能良好的切削液应用于金属切削中,可以改善切削过程中各界面的摩擦情况,减少刀具与切屑的粘结,抑制积屑瘤和鳞刺的生长;降低切削温度,减少工件的热变形;减小切削力,保证加工精度,提高刀具寿命和生产效     

基于数控纵切自动车床上镍基高温合金的加工

随着航空航天工业的发展,对于高温合金工件的需求日益增长。针对镍基高温合金现场加工难、切削性能差和刀具磨损快等问题,本文在数控纵切自动车床上采用切削试验的方法,对镍基高温合金GH2132在不同切削工况下的刀具磨损以及零件表面质量进行了对比分析,明确了适用的刀具和合理的切削用量及切削速度。分析认为,性能优异的涂层刀具在选择了合适的进给量之后,完全能够满足镍基高温合金的切削加工,相对于其他硬质合金刀具,无论在生产效率还是产品质量方面,都有了很大的提升,并且节约了生产成本。     

镍基高温合金高速切削加工性

镍基高温合金具有优良的高温强度以及良好的热稳定性和抗热疲劳性能,广泛应用于航空发动机、燃气涡轮机等领域。但其可加工性极差,切削过程中刀具迅速磨损,加工效率较低。本文介绍了镍基高温合金高速切削加工性的研究进展,重点阐述了适宜高速切削镍基高温合金的陶瓷和PCBN刀具及加工参数,并总结了切削过程中刀具的失效形式和磨损机理,以及利用辅助加工方法等实现陶瓷刀具对镍基高温合金精加工的可能性。为高速切削镍基高温合金加工刀具的快速选择及加工工艺的改进提供了参考。     

单刃飞刀铣加工铝合金

铝合金材料的大平面铣削,通常采用不重磨硬质合金端铣刀,由于铝合金材料硬度低,塑性高,塑性变形大,高温下易软化,在刀具上易形成积屑瘤;并且,加工过程中作为冷却液的机油飞溅到机床周围污染了环境,而且这种加工方法生产效率低。我在生产实践中对加工刀具进行改进,采用单刃飞刀铣加工铝合金大平面加工过程中,不用冷却液实现高速切削,改进后刀具经使用效果很好。单刃飞刀由高速钢磨制而成(图1示),刀具采用较大前角30°和较大后角10°,前刀面为直线形,减小加工进程中切屑变形和切削力,前后刀面用油石修