铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削刀具寿命及刀具磨损研究

使用高速钢和硬质合金刀具,在机床转速n=2000-5000r/min、进给速度vf=1000mm/min、轴向切深ap=20mm、径向切宽aw=10-20mm的切削用量范围内对铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削加工刀具寿命及刀具磨损进行研究。结果表明:M42高速钢刀具由于刀具磨损率高、刀具破损和粘结严重而不适合该结构件的重负荷铣削;非波刃粉末冶金高速钢和硬质合金刀具具有良好的适应性,但无刀尖圆弧半径的高速钢刀具易发生刀尖破损,涂层硬质合金刀具易发生涂层过早剥落;波刃粉末冶金高速钢刀具易于发生刀具严重粘结,只宜在较低的机床转速下进行重负荷铣削加工;机床转速和径向切宽对刀具寿命有显著影响。     

基于响应面法的薄壁件铣削参数有限元优化

铝镁合金薄壁结构件在航空工业中广泛应用,但在其加工过程中常因为刚度不足而引起变形。针对上述问题,提出一种基于响应面法的铣削加工参数有限元仿真方法,可有效控制变形及加工质量。对圆柱螺旋立铣刀的铣削加工过程建立刀具平均切削力模型,并将该模型应用于有限元仿真试验。通过对Box-Behnken法设计的四因素三水平试验结果进行分析,探讨了切削速度、切削深度、切削宽度和每齿进给量等4个因素与切削变形的关系。同时,以工程中的典型薄壁结构件为例,优化了该类薄壁结构件的铣削参数,经有限元仿真验证,该优化方法能够有效控制铣削过程的变形。     

PCD刀具高速车削和铣削钛基复合材料的切削温度研究

使用聚晶金刚石刀具,在切削速度为15-150m/min范围内对体分比为0-10%的颗粒增强及颗粒/晶须混合增强钛基复合材料进行车削和铣削试验。分别采用自然热电偶和半自然夹丝热电偶法对车削和铣削时的切削热电势进行了测量,并用比较法快速标定系统对热电势进行了标定。结果表明:PCD刀具切削钛基复合材料时,切削温度随切削速度的增加而显著增加,切削速度从15m/min增大到150m/min时,切削温度从260℃增加到590℃。研究发现,刀具磨损对切削温度存在显著影响,磨损刀具(VB=0.1mm)比新刀的切削温度普遍高60-90℃。切削体分比为5%钛基复合材料时的温度高于其基体材料(钛合金TC4)的切削温度,但随增强相含量的进一步增大,切削温度反而略有降低(降低5%)。由于PCD刀具在较高速度下切削钛基复合材料时切削温度接近或超过PCD刀具在空气中的使用温度,切削过程中刀具会发生明显的化学磨损,从而在前刀面形成显著的月牙洼磨损形态。     

PCD和硬质合金刀具车削钛基复合材料时刀具磨损特征研究

以原位生成晶须和颗粒混合增强钛基复合材料为车削对象,在切削速度为60~120m/min的条件下,对聚晶金刚石（PCD）和硬质合金刀具开展了车削性能试验研究。研究表明,PCD刀具的切削力为硬质合金刀具的77%～88%,其切削温度为硬质合金刀具的65%～82%。无论是高速切削,还是低速切削,PCD刀具都经历初期剧烈磨损而后稳定磨损的过程,而硬质合金刀具仅有急剧磨损的过程。刀具磨损特征方面,PCD刀具主要发生磨粒磨损和黏结磨损,硬质合金刀具主要发生月牙洼磨损、黏结磨损和扩散磨损。     

SiC_p/Al复合材料的超精密车削试验

试验研究了碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)的超精密车削加工性能.使用扫描电镜(SEM)对已加工表面、切屑及其根部、刀具前/后刀面磨损带进行观察,使用表面粗糙度轮廓仪对各种切削条件下的加工表面粗糙度轮廓进行测试分析.结果表明,该材料的加工表面常残留微孔洞、微裂纹、坑洞、划痕、残留物突起及基体材料撕裂等微观缺陷,刀具几何参数、切削速度、进给量、增强颗粒尺寸和材料体积分数是影响表面粗糙度的主要因素.由于切削变形区微裂纹动态形成的作用,超精密切削该材料时一般形成锯齿型切屑.刀具-工件的相对振动、基体撕裂增强颗粒拔出、破碎、压入等是该材料超精密车削表面形成的主要机制.单晶金刚石(SCD)刀具主要发生微磨损、崩刃、剥落和磨粒磨损,聚晶金刚石(PCD)刀具主要发生磨粒磨损和粘结磨损.结论表明SiCp/Al的超精密切削加工性较差,但通过选择合适的工艺参数,体积分数为15%的SiCp/2024Al加工表面粗糙度Ra可达24.7 nm.     

高速铣削SiCp/Al复合材料时聚晶金刚石刀具的磨损机理

采用聚晶金刚石刀具(PCD),以600～1200 m/min速度对SiCp/2009Al复合材料进行了高速铣削试验,研究了铣削时PCD刀具的磨损机理.使用扫描电镜(SEM)观察加工材料表面和刀具前/后刀面磨损带,X射线衍射仪分析已加工表面物相,并使用能谱(EDS)和激光拉曼谱对后刀面磨损带进行元素分析.结果表明,增强颗...     

SiCp/Al复合材料超精密车削表面质量的影响因素

选择天然单晶金刚石和聚晶金刚石刀具,研究了增强颗粒质量分数(0～20%)、进给量(1～10 μm/r)、刀尖圆弧半径(0.4～1.6 mm)和刀具材料等因素对SiCp/Al复合材料超精密车削表面质量的影响.结果表明:在试验条件下,加工表面粗糙度Ra随SiC含量的增加而显著增大,且加工表面的微坑洞、微裂纹和划痕等缺陷也显著增多;增大进给量,刀具-工件相对振动幅度增大,且加工表面的增强颗粒拔出、破碎现象增多;刀尖圆弧半径减小,表面粗糙度轮廓波动幅值增大,频谱图中进给分量对应的峰值更为显著;虽然单晶金刚石和聚晶金刚石刀具可获得相同或相近的Ra,但后者获得的表面含有更多的加工缺陷.     

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℃;...     

大型铝合金薄壁件加工过程模态试验及有限元仿真

通过锤击激振法模态试验和有限元仿真对大型铝合金薄壁件铣削时的动态特性进行了研究。结果表明,第1阶固有频率为372. 6Hz,因此当刀具齿数一定,在选择机床主轴转速时,应避开大型铝合金薄壁件的1阶固有频率以避免铣削过程中发生共振。有限元仿真分析表明,第1阶模态表现为弯曲变形,第2阶模态表现为扭转变形,第3阶模态表现为二阶弯曲变形,第4阶模态表现为二阶扭转变形,第5阶模态表现为弯曲与扭转叠加变形,最大变形量出现在第4阶。有限元分析还发现,有辅助支撑装夹下铝合金薄壁件的固有频率比无辅助支撑装夹下的固有频率增大了10%,而最大变形量则降低了10%,且无论是否加辅助支撑,铝合金薄壁件的振动形态和趋势以及最大变形量发生的位置不变。     

T6热处理对SiC_p/Al复合材料高速铣削加工性的影响

使用聚晶金刚石(PCD)刀具,在切削速度为1200m/min下对碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料进行铣削加工试验,研究SiCp/Al复合材料经T6热处理后对其高速铣削加工性的影响。结果表明:经T6热处理后,切削力/切削温度明显高于未热处理材料,切屑锯齿形明显,加工过程不稳定性增加,刀具承受冲击作用增大,导致PCD刀具发生较严重的崩刃、剥落、冲击裂纹等磨损形式,从而刀具使用寿命显著低于高速铣削未热处理材料。T6热处理材料高速铣削表面粗糙度Ra/Rz值一般低于未热处理材料,其加工表面变质层深度也显著低于未热处理材料,加工表面存在较少的坑洞、微裂纹、基体撕裂、基体涂覆等加工所致缺陷。