基于分子动力学的金属钛纳米振动切削研究（英文）

采用分子动力学模拟方法进行了金属钛的纳米振动切削和普通纳米切削的比较研究。结果表明:在相同仿真条件下,单向振动X、Y向切削力平均值仅为普通切削的1/3左右;椭圆振动切削(elliptical vibration cutting,EVC)相比单向振动切削,剪切角变大,切屑的塑性变形降低,同时主切削力以及背吃刀力值均降低;单向振动切削和EVC的切削温度呈近似正弦脉冲变化,对比普通加工,振动切削的温度显著下降;相比于单向振动切削EVC的工件平均切削温度略高。     

SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削试验研究

开展了SiCf/SiC陶瓷基复合材料的超声振动辅助切削试验研究,对比研究超声振动辅助切削及普通切削条件下切削参数对切削力的影响规律.结果表明:SiCf/SiC陶瓷基复合材料超声振动辅助切削时优选钎焊金刚石磨头,超声振动辅助切削相较于普通切削的切削力降低了10％～20％,主轴转速、进给速度、切削深度都会影响超声振动辅助切...     

钛合金超声椭圆振动铣削参数对切削力的影响

钛合金航空薄壁结构件在铣削过程中受力形式复杂,切削力较大。超声椭圆振动切削的特点是切削刀具的刀尖按椭圆轨迹运动,进行高频间歇性切削,有助于降低切削力。铣削时改变切削参数将对切削力产生不同影响。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置,针对钛合金薄壁件进行实验,结果表明:相较于普通铣削,随着每齿进给量的增大,超声椭圆振动铣削均可减小钛合金薄壁件在铣削加工过程中的切削力,降幅可达35%以上。     

高速列车车体铝合金薄壁中空结构件高效铣削加工研究

使用高速钢和硬质合金刀具,在采取较大的切削工艺参数组合条件下对6N01-T5铝合金薄壁中空W形型材结构件进行高效铣削加工试验.结果表明:高效铣削时切削力、切削振动、切削温度幅值变化剧烈;切削筋板交叉处的切削力可达1 800 N?3 500 N,切削振动振幅是切削单层处的1.6倍,最高切削温度比切削单层处的高出100℃;...     

振动切削振幅对切削力影响的理论与实验研究

建立了振动切削中切削力的理论模型,研究了振动切削中振幅对切削力的影响机理,并通过数值模拟的方法,从理论上给出精密振动切削中振幅对切削力的影响规律.利用自行设计的超声振动切削系统进行了切削力随振幅的变化规律的实验研究.     

钛合金腹板高速超声椭圆振动铣削力研究

高速超声椭圆振动切削是使切削刀具刀尖附加椭圆振动进行的超声频断续切削,突破了超声振动加工对临界速度的限制。采用自行研制的螺纹式椭圆激励式超声振动铣削刀柄装置对钛合金腹板进行铣削试验,结果表明:随着高速超声椭圆振动切削的速度增大,切削力增幅明显,且相比于普通铣削所受到的切削力约少20%。     

基于二维超声振动辅助的钛合金切削加工分析与试验研究

针对普通切削时钛合金表面质量较差的问题,将二维超声辅助切削用于钛合金的加工过程。对钛合金的超声振动切削理论进行分析,找出影响刀具运动轨迹及切削力的因素;设计基于二维超声振动的钛合金表面切削试验,研究超声振动对切削力、工件表面形貌以及刀具寿命的影响。结果表明:与普通切削相比,二维超声振动辅助切削可以有效降低加工中的切削力,减轻加工过程对刀具的冲击,提高刀具的耐用度;且在相同加工条件下,二维超声振动加工时的切削力下降了47.7%,工件表面轮廓平均高度减小了40.9%,刀具的使用寿命提高了近1倍。      

铝合金超声振动切削实验研究

利用自行设计的20 kHz超声振动切削系统,在不同的切削速度下,对航空硬铝(7075)进行非传统式的普通切削和振动切削对比试验。试验结果表明:振动切削的加工效果明显优于普通切削,振动切削存在一个最佳切削速度,振动切削加工的切削力明显小于普通切削加工,振动切削在加工过程中更加平稳。     

超声振动辅助铣削研究进展

超声振动辅助铣削是一种将超声振动以不同方式施加到刀具或者工件上从而实现振动切削的加工方式,相比传统铣削,可有效降低切削力和切削温度,改善加工表面质量,提高零件的使用性能。通过系统地介绍超声振动辅助铣削在工艺参数选择、加工材料匹配等方面的研究进展,总结了现有研究和应用中存在的问题及解决方案。综合了近年来对不同振动方式的超声振动辅助铣削的研究进展,并对未来研究和应用的发展趋势进行了展望。     

切削用量对切削力和切削振动的影响

为探究车削时切削用量对切削力和切削振动的影响,设定半精加工的切削用量范围,采用正交试验设计方法制定试验流程,在数控机床上使用硬质合金外圆车刀对45#圆钢进行切削试验,切削过程不加冷却液,并分别使用Kistler切削力测量系统和Vib Pilot M+P切削振动测量系统同时采集3个方向的切削力信号和切削振动信号,对试验数据使用方差分析(ANOVA)、贡献率计算和相关分析的方法进行处理。结果表明:背吃刀量对主切削力和进给力的影响最大,进给量对背向力和3个方向切削振动的影响最大,而切削速度对各方向切削力和切削振动的影响都最小;切削力信号的误差要远小于切削振动信号的误差。试验分析结果可以为合理设计切削用量参数,有效选择切削状态监控信号提供参考。     

刀具磨损对单晶铝纳米切削过程的影响

基于分子动力学的理论建立了单晶铝的纳米切削仿真模型,比较研究了在刀具未磨损和刀具磨损条件下对切削过程的影响。研究表明：相比于刀具未磨损,在刀具磨损的情况下,已加工表面质量有所下降,基体上出现了大量的位错等缺陷;切削力也全部有所升高,其中刃口半径磨损对切削力影响最为显著,在相同的切削条件,相比于刀具未磨损升高约为17.78%,后刀面磨损和前刀面磨损对切削力的影响基本相同,提高了约7.98%;刀具温度和工件的温度也都有不同程度的升高,其中,工件的温升更高。刀具刃口半径磨损对温升影响最大,达到稳定切削时,刀具的平均温度相比于刀具未磨损升高约为7.2%。     

钛合金超声振动车削数值模拟

钛合金作为一种轻型优质的结构材料,被广泛应用在航天航空等领域。同时,钛合金也是一种难加工材料,传统切削工艺难以实现钛合金高质高效加工。超声振动辅助加工是将超声信号转换为机械振动,使工件与刀具周期性分离,从而实现加工的方法。以TC4钛合金为研究对象,建立了Abaqus二维车削有限元模型,开展了普通车削与超声振动车削钛合金的数值模拟对比研究。仿真结果表明:超声振动车削钛合金可以有效减小加工过程中的平均切削力以及刀尖切削温度,且在设定的参数范围内,振幅越大,改善效果越明显。      

数控铣床逻辑进给振动铣削的试验研究

研究利用数控铣床的逻辑控制系统进行工作台的脉冲式的进给,实现脉冲切削力作用的分离型的数控振动铣削。研究了脉冲振动方向沿进给方向的振动铣削和脉冲振动方向与进给方向成一定角度的振动铣削过程,并对铣削过程进行了切削力对比试验。试验结果表明：脉冲振动方向与进给方向成一定角度的振动铣削可以降低铣削力,强化铣削过程,降低切削温度,对表面粗糙度影响不大;随进给路线、逻辑关系的不同,切削效果差别很大。     

织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析

目的研究刀具表面织构分布对刀具切削性能的影响。方法基于大型非线性分析软件ABAQUS进行刀具二维切削TI6AL4V的有限元仿真,收集切削力数据,通过切削实验进行验证,误差符合后进行等间距、非等间距和混合型织构的有限元仿真,收集切削力、切削热等切削数据进行分析。结果提取结果后与无织构刀具相比,等间距织构刀具的最高温度降低12.4%,非等间距织构刀具的最高温度降低14.5%,混合型织构刀具的最高温度降低16.5%。与无织构刀具相比,等间距织构刀具的主切削力降低9.8%,非等间距织构刀具的主切削力降低11.2%,混合型织构刀具的主切削力降低12.6%。结论在刀具表面加工适当的织构可以提高刀具的切削性能,织构间距越小,织构的减摩作用越明显,与等间距织构相比,非等间距织构减摩效果更好。织构分布过于密集易造成加工中的震动问题,在微织构中添加尺寸更小的微细级织构,既能减小刀屑接触面积,又避免了因间距过小导致刀具强度降低的问题。     

硬质合金刀片表面涂层对切削过程影响的数值模拟

本文通过有限元法模拟硬质合金刀片切削过程,对表面涂层在切削过程中的影响进行了研究。结果表明:在硬质合金表面涂覆TiC涂层,刀片切削时切削力平均降低了19.7%,其中,主切削力下降了15.7%,这有利于提高刀片的耐用度并降低机床的输出功率;轴向力和径向力分别下降了19.4%和23.6%,这有利于提高加工精度和工件的表面质量。切削过程中,涂层硬质合金刀片表面等温线分布比较集中,最高温度区域为907℃,而普通硬质合金刀片等温线分布比较分散,最高温度区域为882℃,这与涂层材料的导热系数低有关。另外,切削时刀片表面最高温度不在切削刃口,而在切削屑与前刀面相互挤压部位。同时,本文对切削力模拟结果与实验结果做了比较,其中,轴向力的平均偏差为7.9%,主切削力的平均偏差为3.8%,径向力的平均偏差为7.3%,表明两者之间误差不是很大。     

钨合金超声辅助划擦试验及仿真研究

目的 揭示钨合金在超声辅助磨削加工下的材料去除行为。方法 通过超声辅助划擦试验与有限元仿真相结合的方式,分析超声振动作用对材料表面形貌、截面轮廓、划擦力、温度、塑性应变及应变率的影响,探究超声振动作用下的材料去除和表面创成机理。结果 钨合金在划擦过程中发生严重的塑性变形,在划痕两侧出现由耕犁作用而形成的隆起现象。超声辅助划擦形成的划痕表面鳞刺更少且未出现犁沟现象,且划痕深度相较于普通划擦增大14.1%,划痕宽度增大39%。随着划擦深度的增加,试验划擦力与仿真划擦力均线性增大,且仿真值与试验值误差为18.1%,验证了有限元仿真模型的有效性。超声振动作用下的划擦力呈周期性变化特征,使平均划擦力降低了43.2%。此外,仿真结果表明,超声辅助划擦相较于普通划擦,温度最高降低50%,表面塑性应变最高降低20%,超声冲击过程中材料的塑性应变率相较于普通划擦提高1个数量级,分离过程中塑性应变率最大降低2个数量级。结论 超声振动作用可以有效降低划擦过程中的划擦力和划擦区域温度,增大冲击过程中材料的瞬时应变率,改善压头的切屑黏附现象,从而抑制划擦表面鳞刺的生成和犁沟的形成,改善表面质量。此外,超声振动作...     

Mechanical model for predicting thrust and torque in vibration drilling fibre-reinforced composite materials

Delamination is a dramatic problem associated with drilling fibre-reinforced composite materials (FRCMs), which, in addition to reducing the structural integrity of the material, also results in poor assembly tolerance and has the potential for long-term performance deterioration. The key to solving the problem lies in reducing the thrust force of drilling. In this paper, a theoretical analysis for predicting mean values of thrust and torque in vibration drilling FRCMs is presented. The model is based on mechanics of vibration cutting analysis and the continuous distributions of thrust and torque along the lip and the chisel edge of a twist drill. The result of a simulation study has shown a very good agreement between the theoretical predictions and the experimental evidence. On the same cutting conditions, the thrust and the torque by the vibration drilling method are reduced by 20–30 percent, compared with conventional drilling.     

航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析

切削加工过程模拟的实质是采用有限元方法求解非线性问题的过程。建立了钛合金构件切削有限元模型,其切屑分离准则是以材料损伤理论为基础确立的;利用已有的研究成果,构建了求解切削温度场和切削力的有限元模型;利用有限元软件ABAQUS/Explicit进行模型建立、材料输入、部件装配、局部细分网格、运动仿真等;通过对钛合金切削过程的仿真计算得到切削温度、切削力等的一般规律。结果表明:模拟结果与实际生产结果相符合。