考虑材料形变的旋风铣削螺纹工件表面粗糙度建模

表面粗糙度对工件的耐磨性、疲劳强度和接触刚度有重要影响,在金属切削过程中,表面粗糙度受到工件材料形变的影响.根据赫兹弹性接触理论,建立工件材料形变的弹性回复高度模型.基于摩擦磨损计算原理,提出工件材料形变的塑性变形高度模型.分析刀具-工件接触运动,建立工件表面的残留高度模型.结合工件材料形变和残留高度的影响,建立滚珠丝杠旋风铣削表面粗糙度理论模型.通过旋风铣削试验验证表面粗糙度模型,结果表明理论模型值与试验值吻合良好.分析切削参数(切削速度、最大切削深度和刀具个数)对表面粗糙度的影响,揭示工件材料形变与表面粗糙度的关系.

基于应变梯度理论的切削加工SiCp/Al表面创成机理分析

为了深入研究颗粒增强铝基复合材料的切削过程,对45%体积分数的SiCp/Al复合材料通过多相建模的方法建立了基于应变梯度的本构模型,并对软件ABAQUS进行了二次开发,用程序语言将所建本构模型以及描述断裂的B-W断裂准则编入用户子程序VUMAT,并导入ABAQUS进行仿真分析。结合切削实验和仿真分析结果,研究了在相同切削速度及不同切削深度下SiCp/Al复合材料加工表面温度、材料内部应力应变和位错的变化情况。研究结果表明,相较于传统Johnson-Cook模型,修正后的本构模型所得到的结果与实验结果更加吻合;切削深度增大会引发高温梯度;材料内部应力会在颗粒附近形成应力集中;在加工表面应变较大的区域出现大量位错,导致加工颗粒增强金属基复合材料的难度上升。

易切削钢Te元素含量对其切削表面形貌的影响研究

采用硬质合金刀具对三种不同Te元素含量的易切削钢12L14,12L14+Te(0.017),12L14+Te(0.05)进行切削实验,研究其已加工表面形貌状态及原因。试验研究结果表明:12L14+Te(0.017)材料的已加工表面最光滑,粗糙度值最小;12L14+Te(0.05)材料的已加工表面最粗糙,微观形貌显示存在较多撕裂;切削不含Te元素的12L14材料时,已加工表面形貌与粗糙度值介于二者之间;添加Te元素材料会生成MnTe等熔点较低的化合物,在切削中起到应力集中源的作用,易导致已加工表面出现微观撕裂现象,但同时减小了刀具积屑瘤形成的可能,所以易切削钢切削表面形貌的生成是二者因素综合影响的结果。

非圆齿扇齿条副齿面接触应力分析及仿真

针对汽车转向器摇臂轴非圆齿扇的工作齿面易发生磨损、点蚀甚至断裂等现象,围绕非圆齿扇齿条副的齿面接触应力理论建模与有限元仿真分析开展研究,提出一种非圆齿扇齿条副接触应力理论计算模型,研究齿扇齿宽B、齿条压力角α和齿扇锥角φ等几何参数对齿面接触应力的影响规律;将非圆齿扇齿条副三维参数化建模与齿面动态啮合有限元仿真分析集成,提出一种非圆齿扇齿条副接触应力参数化、全流程仿真分析计算方法。预期为汽车转向器非圆齿扇齿条副的设计分析提供理论和方法指导。

基于未知函数泰勒展开的GH4169插铣刀具寿命预测

科学实验和生产实践中经常研究变量间的关系,获得相关变量的不规则的散点数据,多数情况下,这些变量之间的函数关系是未知的。本文通过泰勒展开给出了通用的函数公式,并尝试通过拟合获得相关系数(通常只选取部分最有效的加和项系数作拟合),使公式能很好地适应数据。获得能适应数据的合适的泰勒展开式,即是获得了变量之间的函数关系,将给研究和使用带来极大方便。本文研究了GH4169插铣刀具寿命的泰勒展开模型,验证了泰勒展开式预测结果优于插值和RBF网络预测结果。GH4169插铣刀具寿命的泰勒展开模型是三元函数,为便于研究,固定两个参数,只研究一个参数变化对刀具寿命的影响,所获得的规律与文献的研究结果相符。

铣削20CrMnTi钢已加工表面粗糙度的试验研究

采用正交试验法研究CBN直柄平底立铣刀高速铣削20CrMnTi淬硬钢时切削参数对已加工表面粗糙度的影响。通过极差分析方法研究了切削参数对表面粗糙度的影响程度,通过单因素试验法得到了切削参数对表面粗糙度的影响规律,建立了基于指数函数的切削参数与表面粗糙度的关系模型。利用预测模型得出的表面粗糙度与试验的结果进行误差分析,说明所建立的模型能比较准确地对表面粗糙度进行预测。试验结果表明:各因素的影响程度从大到小依次为铣削深度、每齿进给量和切削速度,表面粗糙度随每齿进给量和铣削深度的增大而增大,随切削速度的增大而减小。

高应变速率下TB6钛合金在绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制

采用分离式霍普金森压杆装置对TB6钛合金帽型试样进行室温动态加载试验,通过微观组织表征技术对绝热剪切带内的微观结构特征进行观察,研究高应变速率下TB6钛合金绝热剪切带内的晶粒瞬间细化机制。TEM观察结果表明:绝热剪切带中晶粒的瞬时细化是三种机制共同作用的结果。第一种机制是由于位错的快速运动、增殖以及塞积促使晶粒内部产生应力集中现象,最终在此现象的作用下形成裂纹、断裂以及细晶;第二种机制是通过增大晶粒内部的颈缩程度迫使细晶形成;在转动态再结晶机制的作用下,绝热剪切带的中心区域形成100nm的细小等轴晶。

高强钢高效车削切削参数对切削力影响研究

D6AC高强度钢强度高、韧性好,是一种在众多领域应用广泛的难加工材料。文章从实现D6AC高强钢粗加工高效切削的角度,采用正交试验方法,研究其高效车削加工时切削用量三要素对切削力影响的显著性,根据试验结果利用极差分析和灰色关联分析获得了各个切削用量对切削力影响的显著性顺序,建立了各个切削分力及切削合力的经验公式并进行了检验,结果表明切削力经验公式具有良好的准确性。

石墨烯/铜混合纳米流体对微量润滑车削304不锈钢的影响

为了揭示纳米粒子的协同作用机理,以少层石墨烯为载体,纳米铜作为负载金属粒子,在可生物降解润滑油基础上,分别采用分子水平混合和机械混合方法制备了石墨烯/铜混合纳米流体。在确定的石墨烯/铜比例及纳米粒子的质量分数条件下,进行了微量润滑切削AISI 304不锈钢的单因素试验研究。结果表明,配方合适的分子水平混合纳米流体协同润滑作用优于机械混合纳米流体,MQL加工时可降低切削温度,提高表面质量,减小刀具磨损。

面向临床应用的股骨颈斜向钻削机制研究

股骨颈骨折是股骨头以下至股骨基底部之间的骨折,在内固定治疗时存在不同角度的置钉需求。采用正交实验设计方案对各向异性股骨颈材料进行仿真实验和牛股骨钻削实验,旨在研究施加生理盐水条件下股骨颈斜向钻削基理。对采集的钻削轴向力和温度结果进行方差和响应面分析,并通过Design-Expert软件对实验结果进行寻优。研究结果表明:在研究范围内,钻削参数为n=1500r/min,f=40mm/min时,各角度轴向力最低;钻削角度超过20.9°时,进给速度为40mm/min的生理盐水流速存在局限性。

自适应区域生长的复杂曲面点云分割方法

机器人自动加工复杂曲面之前,需要对待作业目标曲面进行区域划分,以适配不同的工艺参数。针对现有方法分割复杂曲面点云产生的过分割和欠分割问题,提出一种自适应区域生长的复杂曲面点云分割方法。首先,设计基于动态平滑阈值的自适应生长准则,用于复杂曲面对象的点云分割,以减少过分割现象;其次,提出欠分割判断准则,以判定分割后的点云集,过滤出欠分割区域;然后,将欠分割区域重分割,直到不存在欠分割区域;最后,以扫描陶瓷洁具素坯得到的复杂曲面点云为实验对象,测试了提出方法对复杂曲面点云的分割效果。实验结果表明,提出方法的分割精度达92.63%、召回率达98.89%、综合评价指标F1分数达95.66,能有效且完备地分割出复杂曲面点云的各个区域。

叶序排布凹坑旋成体表面设计及磨削的研究

为了在旋成体上磨削出叶序排布凹坑结构化表面,基于叶序排布理论对旋成体曲面划分出结构化单元;设计出叶序排布凹坑旋成体表面的三维模型,并分析结构化单元凹坑的拓扑特征变化量,给出了球形磨头磨削凹坑表面的策略。最后通过计算机仿真获得了磨削加工中主轴不同角度方向和叶序排布系数对结构化凹坑表面的影响规律,并进行了初步磨削实验。结果表明:此磨削方法可以实现叶序排布凹坑旋成体表面的加工,随着叶序排布系数减小,凹坑在旋成体表面上排布更加稀疏;当球形磨头绕不同轴线旋转磨削时,在凹坑内部可形成纵向纹理、横向纹理和同心圆纹理。

考虑切削参数和温度影响的ZM5镁合金刀—屑摩擦模型研究

刀—屑摩擦特性对镁合金切削过程中的切削力、切削温度及刀具磨损有较大影响。基于刀—屑接触区的摩擦理论,结合有限元仿真技术,构建考虑切削参数以及温度影响的ZM5刀—屑摩擦理论模型。根据所构建的模型,在ABAQUS软件提供的用户VFRIC子程序接口中编写ZM5镁合金摩擦子程序,并将其应用于仿真模拟。结果表明,仿真获得的切削力、切削温度与实验值的误差均在合理范围内,证实本文所构建的ZM5镁合金刀—屑摩擦模型具有较好的准确性。

高温合金蜂窝芯加工振动分析与试验研究

高温合金蜂窝芯具有薄壁、多孔、面内弱刚性等特点,加工过程中易出现毛刺、撕裂、塌边等缺陷,采用冰固持加工后改善了加工质量,但仍然存在振动幅值较大的问题。针对高温合金蜂窝芯冰固持加工的振动问题,分析并确定冰固持条件下的高温合金蜂窝芯加工振动的主要形式是非谐波非周期性激励下的强迫振动,求解切入角变化导致的强迫振动激励间隔时间的变化规律。通过试验获得切削用量对高温合金蜂窝芯冰固持加工振动的影响规律,试验结果表明,当主轴转速为7000r/min、进给速度为4000mm/min、切削深度为0.5~1.5mm、切削宽度为0.5mm时,振动幅值较小,加工状态稳定,加工质量较好。

网格密度对切削加工有限元仿真的影响研究

切削加工有限元仿真模型中,网格密度的选择多依赖于经验,缺少量化标准,一定程度上会影响计算精度,造成计算资源浪费。针对该问题,采用ABAQUS分析软件建立切削加工过程有限元仿真模型,并验证了仿真模型的准确性;对比分析了不同网格密度对计算精度以及仿真效率的影响,确定了与切削加工工艺相关联的网格密度标准,即网格尺寸为切削厚度ac的1/10,能够在最经济的计算成本前提下,保证切削加工仿真的计算精度。

增材制造钛合金的微铣削加工试验

增材制造(Additive manufacturing,AM)技术制备的钛合金部件在航空航天领域具有广泛的用途,对增材制造钛合金精密零部件而言,铣削、抛光等后处理加工是必不可少的工序。本文选用聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)微铣刀对锻造钛合金、激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备的未经过热处理和经过热处理的钛合金进行微铣削试验,研究了3种不同制造工艺的钛合金材料的微铣削加工性能。结果表明:SLM-热处理钛合金的铣削力最大,这与其材料硬度最高有关。微铣削过程中,所有钛合金材料的逆铣侧顶端毛刺尺寸均要大于顺铣侧顶端毛刺尺寸。在不同制造工艺的钛合金材料中,SLM-钛合金生成的顶端毛刺宽度最小,这与其塑性最差有关。SLM-热处理钛合金获得的表面质量最好,这不仅与材料的硬度和塑性有关,同时还受到孔隙度的影响。

TC4钛合金铣削温度参数自适应控制方法研究

传统的钛合金铣削温度参数PID控制方法无法实时反馈钛合金铣削过程中的温度变化情况,影响实际的铣削温度控制,降低钛合金铣削加工精度。对此,设计一种TC4钛合金铣削温度参数自适应控制方法,在铣削过程中建立TC4钛合金温度热模型,分析钛合金热产生区域,计算TC4钛合金不同变形区产生的能量,得到TC4钛合金铣削速度与温度之间的变化模型。基于热焓修正复合神经网络,在自适应温度控制中赋值系统参数以减少控制振动,得到铣削温度参数自适应控制框图,制定自适应模糊逼近调节规则对照表,完成TC4钛合金铣削温度参数自适应控制方法的研究。结果表明,与传统控制方法相比,设计的方法抗干扰能力更好,响应速度较快,跟随误差更小,即鲁棒性更强。

立铣微晶陶瓷的切削层面积及铣削力研究

针对立铣刀铣削微晶陶瓷的铣削力变化问题,研究了加工参数对切削层面积的影响,建立了铣削加工参数与最大和最小切削层面积的关系,并通过不同加工参数下的立铣微晶陶瓷的试验,分析了铣削力与铣削加工参数的关系及原因。结果表明:铣削力与切削层面积呈正比关系,切削层面积的变化可以反应铣削力的变化;铣削力和最大切削层面积均与主轴转速成反比,与进给速度、径向切深成正比;适当增大主轴转速、进给速度、径向切深在增加材料去除率的同时保持较小的铣削力及铣削力波动,且在a_(p)=h_(c)时的铣削力波动最小。

高速切削高强度钢切削温度仿真及参数优化研究

为合理选用10CrNi3Mo高强度钢的切削用量,通过切削仿真和遗传算法对切削参数进行优化研究。基于正交试验方法,以切削速度、背吃刀量和进给量为自变量,以切削温度为响应值,利用方差分析和交互作用分析得出了切削参数对切削温度的影响规律;基于多元线性回归拟合方法建立切削温度回归方程预测模型,采用多目标遗传算法对切削参数进行优化,并通过模拟试验检验最优工艺参数。结果表明,最优值与模拟值之间的误差在±3%以内,所建立的优化模型和计算结果具有较高的可靠度。

虑及颗粒-基体摩擦行为影响的SiC_(p)/Al切削仿真研究

摩擦系数是影响切削过程中切削力、切削热以及已加工表面形貌的重要参数。通过搭建力—热可控摩擦实验平台,探究温度—压力影响下SiC_(p)/Al切削过程中颗粒—基体两相摩擦行为。基于摩擦工件表面粗糙度与表面形貌,揭示了温度—压力影响机理。结果表明,温度—压力作用本质是影响SiC颗粒磨削深度;摩擦系数受压力影响较大,而温度、压力与颗粒自锐性三者的共同作用决定摩擦后工件表面粗糙度。考虑颗粒—基体摩擦行为影响的SiC_(p)/Al切削仿真模型能有效预测切削力,平均误差为3.28%;提高切削速度可有效改善SiC颗粒犁耕基体形成的三角形缺陷宽度,平均减少38.3%。该研究为进一步理解SiC_(p)/Al切削过程中的摩擦特性与提高仿真预测精度提供了理论基础。