SLM成形件切削比能模型建立及影响因素分析

选区激光熔融(SLM)成形件在通过后处理加工提升表面质量时会消耗大量能量,而通过优化切削比能可以提高材料去除率和降低切削力,进而减小加工过程中的能量消耗。因此以SLM Inconel 718成形件为研究对象,建立基于切削力的切削比能模型。结合微铣削正交实验,拟合得到SLM Inconel 718微铣削切削比能与铣削参数的经验公式,并研究不同铣削参数对切削比能的影响规律。结果表明,SLM Inconel 718切削比能经验公式拟合程度在95%以上,切削深度对切削比能影响很小,切削比能随主轴转速和每齿进给量的增加而增加。

切削比能模型的建立及参数影响分析

从材料去除机理角度分析了材料去除过程中的能量耗散机理,并对材料去除能耗进行建模量化,推导出切削比能经验公式。根据试验数据拟合出端面车削的切削比能幂率公式,拟合度在95%以上。鉴于切削参数对切削比能影响的差异性,结合试验分析了切削三要素对切削比能的影响机理,研究结果为面向节能的切削工艺参数的制定及低碳制造量化评估清单数据要求提供了基础支持。

数控机床切削比能建模及其参数影响分析

切削比能是将机床能耗特性与材料去除结合起来的能耗评估单元,是评价精益生产制造过程中的一个基本概念。通过研究将机床的切削比能按照机床能耗应用不同划分为四部分:机床固定比能、机床操作比能、材料切削比能和非生产比能。并对各部分进行详细建模,然后结合试验建立XH715数控铣床的四部分比能模型。对机床固定比能和机床操作比能模型的参数影响进行分析,分析结果表明,选用大的材料去除率,有利于节能;对材料切削比能模型结合单因素试验进行参数影响分析,结果表明,提高材料去除率,尤其是使用大的径向切深和进给量能更有效的节能。研究结果对机床层切削比能的建立、计算以及对整机能耗的预测都有实际的指导意义。

温度对Ti-6Al-4V切削比能尺寸效应的影响

切削比能的尺寸效应现象是切削机理研究中最具挑战的问题之一,关于它的形成机理目前尚未达成共识,尤其是切削温度对尺寸效应的影响更是鲜有研究。文中对钛合金Ti-6Al-4V开展了不同初始温度下的正交切削实验,建立了正交切削有限元模型,探讨了温度对切削比能尺寸效应的影响。研究结果表明:尺寸效应现象与温度密切相关,工件初始温度越低,尺寸效应越显著;在主剪切区两端沿剪切方向存在两个温度梯度区,其长度与切削厚度无关;温度梯度区的存在使得主剪切区的平均温度随切削厚度的减小而下降,致使工件材料流动应力相应提高,从而导致切削比能的非线性上升。

基于支持向量机的机床切削比能预测方法

针对建立数控机床切削比能预测模型时实验样本数量少,预测量数值变化波动大的问题,提出了一种基于支持向量机理论的数控机床切削比能预测方法。应用正交试验法设计实验方案,进行了不同参数组合条件下的铣削实验;利用MATLAB软件及其结合加载的LIBSVM工具箱编写程序对模型中的各参数进行寻优处理,预测不同加工参数下的机床切削比能;以数控铣床加工45号钢为例,将预测值与实验值进行对比,模型的均方误差达0. 0094,相关系数达到93. 5%,证明了该模型在切削比能预测方面的可行性。该研究对数控机床节能加工和工艺优化具有重要意义。

基于切削比能的高速干切工艺刀具温升调控方法

高速干切中,较高的切削速度和切削液的缺失使得切削热短时间内在刀具上大量聚集,造成刀具磨损并影响使用寿命,解决该问题的有效手段是控制刀具温度升高。通过分析高速干切削加工过程中切削热在刀具中的传递与作用特性,基于切削比能和切屑几何形貌建立高速干切刀具的温升模型,在此基础上以温升最小为目标,以切削速度、进给量、刀具主偏角为变量,提出一种刀具温度调控方法,并结合高速干式车削加工案例进行应用与验证分析。

基于BP神经网络的微铣削切削比能预测

针对微铣削加工过程中功率和加工能耗变化问题,对微铣削机床主轴系统加工功率进行了采集。建立了主轴转速、每齿进给量和切削深度3个重要切削参数影响切削比能的BP神经网络预测模型。通过45#钢子午线轮胎模具微铣削试验,获得试验数据样本来训练和检测BP神经网络,实现了不同切削参数组合下切削比能的预测,并利用遗传算法对切削参数进行寻优。预测和优化结果表明,最小切削比能可在最大切削参数组合下取得。因此在不考虑表面粗糙度和刀具磨损的情况下,高水平的切削参数组合可获得大的材料去除率和相对较小的切削比能,提高加工效率并降低加工能耗。

切削参数对子午线轮胎模具侧板切削比能及表面粗糙度的影响研究

以子午线轮胎模具侧板为研究对象进行铣削试验,着重研究主轴转速、每齿进给量、切削深度对轮胎模具侧板切削比能、材料去除率和表面粗糙度的影响规律。分析试验结果可知:切削比能随着切削参数的增大而减小,说明适当增大切削参数可以提高切削效率并节约能量;表面粗糙度随主轴转速增大呈先增大后减小的趋势,随切削深度和每齿进给量的增加而增大。结果表明:提高主轴转速既有利于降低切削比能(节能)也有利于改善表面粗糙度,增大每齿进给量和切削深度会降低切削比能但会恶化表面质量。因此,为同时达到高效节能和良好表面质量的要求,应尽量提高主轴转速。

基于净切削比能的钛合金清洁切削加工表面完整性研究

目的探究钛合金清洁切削过程中能量消耗的变化与加工表面完整性的关系,通过切削参数优化选择,以实现加工表面质量的控制,从而提高钛合金高效洁净制造零件的使用寿命和服役性能。方法本文提出一种基于能量消耗的过程签名方法,来描述多工步清洁切削加工过程与加工表面完整性的相互影响。建立了净切削比能计算模型,结合钛合金两工步铣削试验,分析了粗加工参数变化对粗加工、精加工切削力,以及净切削比能的影响规律,并进一步对两工步加工过程中的净切削比能展开研究。本文研究了不同粗加工参数条件下粗加工和精加工表面残余应力及微晶尺寸的变化规律。结果切削力和切削参数的变化均会影响净切削比能的大小。多工步切削加工过程中,粗加工和精加工切削参数的不同会改变净切削比能,进而引起表面完整性的变化。对切削比能影响最大的是径向切深,其次是进给量、切削速度。随着进给量和径向切深的增大,切削比能降低;随着切削速度的升高,净切削比能先增大后减小。净切削比能较大时,加工表面层残余应力较大,微晶尺寸较小。结论在保证加工质量的前提下,从节能降耗的角度出发,选取合适的切削速度、较大的切削深度、进给量,从而降低净切削比能、减少能量消耗,提高加工表面完整性。

基于大数据的TBM刀盘切削比能预测研究

全断面硬岩掘进机(TBM)为目前隧道挖掘工程的通用设备,刀盘为TBM的重要组件,其性能的好坏将直接影响施工进度、施工安全及经济效益。TBM刀盘的切削比能是切削单位体积岩石所消耗的能量,与刀盘破岩效率密切相关,是评价刀盘切削性能的一项重要指标。文中改进了传统的CSM破岩模型,建立了滚刀切削比能计算模型;基于实际工程的施工数据,应用BP神经网络算法,提出了刀盘切削比能预测的方法,并通过工程实例进行了验证。结果表明,预测值与CSM计算值之间的拟合度较高,该比能预测模型可应用于实际工程中。

磨料流加工工艺中切削比能与温度的计算

本文提出了在磨料流加工(AFM)工艺中切削比能与切向切削力的计算模型。该模型由磨料流加工工艺参数构成，如：磨粒大小、外压力、工件材料硬度、循环次数及有效磨粒数目。同时，本文就在磨料流加工工艺中热量流向工件与流向介质的热传导问题进行了分析，并对比了工件温度的理论计算值与实验观察值，讨论了磨料流加工工艺参数对工件温度的影响。同时，该模型还预测了流向工件与流向介质的热量百分比。

疏浚绞刀挖掘粉土的产能与切削比能分析

不同的疏浚土质会影响绞吸挖泥船的绞刀产能,特别是密实度高、砂性较大、局部夹粉质黏土团块、混砂粒和黏粒的粉土,会造成绞刀挖掘困难。根据“天麒号”绞吸船挖掘稍密-密实粉土数据,进行挖掘产能与切削比能分析,建立了典型疏浚粉土特性指标、挖掘产能与切削比能的相关关系。结果表明,挖掘产能与粉土标准贯入击数存在二次多项式相关关系;切削比能与标准贯入击数存在指数关系。得出的生产率公式与实际工程监测数据吻合度较高,可为挖掘类似土质提供借鉴和参考。

切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌影响

为了明确切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌的影响规律,开展了不同切削速度下某新型易切钢的切削试验,研究切屑形态和已加工表面形貌并分析其产生原因。结果表明:宏观上,在切削速度大于150 m/min时,该易切削钢切屑以短管螺旋状为主,当切削速度小于150 m/min时,切屑以发条状和破断弧形为主,形成锯齿形切屑的临界切削速度大约在200 m/min;切削速度影响切屑底面形貌,在低速切削时,切屑底面较多大小不一的撕裂状凹坑、沟槽,当切削速度增大至200 m/min时,能够形成表面较光滑的切屑底面;低速切削该易切削钢时,工件表面粗糙度较大,3D形貌显示波峰高度、波谷深度也均较大,随着切削速度的增加,粗糙度减小,3D形貌亦趋于平缓。

新型盘式削片机刀盘结构设计及切削力研究

基于目前纤维板所需工艺木片的生产现状,为保证盘式削片机生产工艺木片的质量并解决盘式削片机飞刀快速更换的问题,设计一款采用差动螺旋结构实现飞刀伸出量微调,以及刀块整体更换的新型盘式削片机刀盘。对新型刀盘的削片工作原理以及切削力进行研究,对装刀块夹持力部分进行验证计算,通过Adams仿真软件对设计的新型刀盘进行了动力学分析,验证刀盘结构在额定转速下的稳定性。

润滑条件对TC4钛合金切削加工影响的实验研究

为了研究冷却润滑条件及切削参数对TC4钛合金的切削力和表面粗糙度的影响,分别开展CMQL、冷风、浇注式冷却润滑条件的TC4钛合金高速切削实验、四种不同润滑环境的粗/半精/精加工实验以及CMQL条件下TC4钛合金正交切削试验,通过单因素分析和正交试验法研究冷却润滑条件及切削参数对切削加工性的影响。研究表明:CMQL冷却润滑条件可在TC4钛合金高速切削时有效降低切削阻力和改善表面粗糙度,并在高速精车削阶段体现出降低切削阻力的优势。考虑CMQL条件下高速精车TC4钛合金加工效率,最佳参数组合为较高的切削速度、较小的精加工余量和合适范围内较大的进给量。

航空齿轮薄辐板车削加工变形预测及切削参数优化研究

为了满足直升机传动系统轻量化的需求,作为直升机关键零部件的传动齿轮具有薄壁的显著特征,在切削加工中容易出现变形严重和尺寸精度难以保证的问题。本文以高强度中合金渗碳钢齿轮薄辐板为研究对象,基于ABAQUS有限元分析软件,开展了切削加工仿真研究,通过建立三维动态切削仿真模型,分析了加工过程中工件所受的切削力与切削参数之间的关系;并运用静态仿真分析了切削力和夹紧力叠加对薄辐板加工变形的影响,对仿真结果进行了极差分析。最后,通过开展试验对仿真结果进行了验证。结果表明:齿轮薄辐板加工变形量静力学分析显示齿轮辐板轴向变形量最大,径向变形在轮毂处最大;极差分析发现,切削速度为150 m/min、进给量为0.06 mm/r、切削深度为1.8 mm为最优切削参数,最大变形量的预测误差小于10%。

PDC齿切削砾岩的细观损伤模拟

砾岩一般具有孔隙结构复杂、非均匀性严重等特点,PDC钻头钻进砾岩地层时破岩效率普遍较低,室内试验很难有效地研究PDC齿的破岩过程。为此,采用离散元软件PFC2D建立了PDC齿切削砾岩的数值模型,研究不同切削深度、前倾角及岩石非均质度情况下,砾岩的破碎形式和过程,引入破岩比功评价了砾岩切削过程中的破岩效率。研究结果表明:一定范围内增加切削深度,砾岩内部剪切裂纹更快萌生且剪切裂纹占比显著增加,主裂纹沿自由面方向和切削方向绕砾扩展;提高砾岩非均质度,岩石逐渐由塑性破坏转变为脆性破坏,非均质度过高会增加砾岩的整体强度,且使作用在PDC齿上的冲击破坏频率增加,不利于破岩;当PDC齿以1 mm切削深度、5°前倾角切削砾岩时,可获得最高的破岩效率。所得结论可为PDC齿设计及切削参数选择提供理论支持。

非圆齿轮滚齿切削力波动特性及抑制研究

滚齿是非圆齿轮加工实现的重要方法,用于节曲线外凸直或斜齿非圆齿轮的高效高精制造,节曲线非圆特性导致滚切力呈现较大幅度波动,影响制造过程稳定性及加工精度,是非圆齿轮滚齿领域需要研究的重要课题。文章基于单位切削力计算原理及圆柱齿轮滚切力的研究成果,采用单次断续切削产生的未变形切屑体积表征滚切力波动态势,构建非圆齿轮滚切未变形切屑模型的获取方法。选取大偏心率卵形齿轮为研究对象,分析滚刀恒速不窜刀联动加工模型所产生的滚切力波动特性,得出该联动加工模型所对应峰值切削力的波动规律。提出一种滚刀恒速并附加窜刀的联动加工模型,该模型具有恒定弧长增量加工特性,对抑制整周滚切力波动具有重要意义,并开展不同滚切深度所对应滚切力波动规律研究,研究结果为非圆齿轮滚切方案的优化制定提供一定的理论依据。

聚四氟乙烯材料切削工艺和应用研究进展

聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)因其优异的物理化学性能而成为生产制造电子通信、航空航天等领域关键零部件的重要材料。相比模压烧结工艺,切削工艺能够更高效地加工结构较为复杂的PTFE零部件。然而,PTFE材料具有韧性强、回弹性高、导热性差和线膨胀系数大等特点,使得其切削加工质量难以保证,在一些特殊领域,对PTFE零部件的表面洁净度更是有极高的要求,这些都对PTFE材料的切削工艺提出了新的挑战。从PTFE材料的基础力学和物理化学等特性出发,总结了PTFE材料的切削加工性;结合聚合物切削理论及其研究方法分析了PTFE材料的切削去除机理;阐述了PTFE及其复合材料的车、铣、钻等切削加工工艺;最后概述了PTFE材料切削工艺在相关重要领域的应用现状,并从材料性能研究、基础切削理论研究、切削工艺探索等方面总结了现有研究和应用中存在的问题,对未来研究的发展趋势和研究重点进行了展望。

突出煤层分层切削钻孔瓦斯释放特征及应用研究

【目的】突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患,分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力,但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明,限制了分层切削钻具结构设计和应用效果。【方法】以不同层间距、层厚差的分层切削钻孔为研究对象,建立数学模型分析钻孔周围瓦斯流动规律,并定量描述了分层切削钻孔瓦斯流量与层间距、层厚差之间的关系,在此基础上,通过数值模拟分析了分层切削钻具瓦斯释放调控机制,优化了分层切削钻具结构,并开展了现场钻进工业性试验。【结果和结论】结果表明:(1)多次切削成孔方式使钻孔的揭露面积逐渐增大,有效控制了瓦斯释放面积,进而调控了瓦斯释放流量,通过合理设计钻孔层厚差Hj与层间距Li,能够将瓦斯释放流量降低18.3%以上。(2)在一定层间距范围内,双层切削钻具调控效果将优于三层切削钻具,直径为63.5 mm刻槽阻尼钻杆在推力140 kN和扭矩4600 N·m作用下,最小安全系数为3.009,满足强度设计要求。(3)优选双层切削钻具,其揭露直径73 mm,终孔直径113 mm,层间距0.8 m,通过工业性试验,钻遇高压瓦斯富集区时,孔口瓦斯体积分数降低了37.7%,孔口瓦斯体积分数均未超过0.5%。表明分层切削钻具调控钻孔周围煤体瓦斯释放量、削弱瓦斯释放强度的作用显著,为预防钻孔喷孔瓦斯超限问题提供了新的解决思路。