2A14铝合金铣削温度预测与实验研究

针对2A14铝合金在铣削过程中因切削区温度升高而导致加工质量降低的问题,需对铣削过程中的工件铣削温度场进行建模。本文基于干切削温度预测模型,采用Jeager热源理论,引入镜像热源,根据切屑、刀具和工件之间的热平衡方程建立了2A14铝合金铣削温度场预测模型。通过半人工热电偶法,对由2A14铝合金及k型热电偶(NiCr/NiSi)组成的非标热电偶进行标定,确定该非标热电偶有效测温范围为0℃~550℃。测量多组参数下的铣削温度,预测结果与实验测量结果误差小于20%,温度预测模型具有较高的准确性,为实际铣削加工提供理论支持。

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。

立铣刀侧铣加工FV520B不锈钢的铣削力模型

基于瞬时刚性铣削力模型建立了立铣刀侧铣FV520B不锈钢的铣削力模型,考虑了立铣刀侧铣时刀具侧刃与工件的接触区域以及参与切削的切削刃数量,通过立铣刀侧铣FV520B不锈钢铣削力测试实验来标定铣削力模型中的铣削力系数。结果显示,侧铣实验获得的铣削力系数更加符合立铣刀在大切深和刀具变形较为明显的工况。对比实验结果与铣削力模型预测值发现,该模型能够较好地预测铣削力。

高速切削锯齿形切屑形成过程的有限元模拟

为了研究和预测高速切削切屑形成过程,使用有限元分析软件ABAQUS建立了高速切削高温合金的有限元模型,采用Johnson-Cook热粘塑性材料本构模型、剪切损伤切屑分离准则以及刀-屑界面粘结-滑移混合摩擦模型,对高速切削高温合金过程中锯齿形切屑的形态及切削力进行了研究。通过模拟与实验的对比分析,验证了有限元模型的准确性。切削参数对切屑形成的影响的研究结果表明,高速切削过程中锯齿形切屑的锯齿化程度、切削力以及绝热剪切带内的等效塑性应变随切削速度、刀具前角以及切削厚度的改变而规律性地变化。

切削SiCp/Al复合材料三相摩擦系数建模与模拟

为解决SiCp/Al复合材料切削力准确预测的问题,本文采用理论建模、有限元模拟和实验研究相结合的方法,研究了SiCp/Al复合材料切削过程中刀-屑接触摩擦状态。考虑基体材料与刀具接触摩擦、Si C颗粒的两体滑动摩擦和Si C颗粒的三体滚动摩擦对SiCp/Al复合材料刀-屑接触状态的影响,提出了SiCp/Al复合材料刀-屑接触三相摩擦系数模型。建立了SiCp/Al复合材料多颗粒随机分布模型,并基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行了SiCp/Al复合材料切削有限元模拟以及实验研究。结果表明:采用基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行SiCp/Al复合材料切削过程模拟,能够较准确地预测SiCp/Al复合材料的去除过程、切屑形成、刀具与颗粒之间的相互作用以及切削力。

不同材料刀具铣削碳纤维增强复合材料磨损机理

碳纤维增强复合材料(CFRP)切削过程中,刀具磨损问题尤为突出。为了研究不同刀具的磨损问题,采用金属陶瓷(NX2525)、涂层(VP15TF)、硬质合金(HTi10)与PCD刀具进行CFRP铣削试验,对不同刀具材料的铣削力、后刀面磨损及磨损机理进行了分析。结果表明:NX2525刀具的铣削力最大,PCD刀具的铣削力最小,当切削次数大于20次(切削距离2. 4 m)时,VP15TF刀具的铣削力逐渐大于HTi10刀具,但是相差不大;硬度较高的NX2525与VP15TF刀具并没有表现出好的耐磨性,刀具寿命反而低于HTi10刀具,PCD刀具磨损较小,刀具寿命较长;NX2525刀具的磨损机理以磨粒磨损、剥落为主,还有少量的切屑粘附; VP15TF刀具主要发生了磨粒磨损、涂层脱落与切屑粘附,并且磨粒磨损是造成涂层脱落的主要原因; HTi10刀具以磨粒磨损与切屑粘附为主; PCD刀具的微崩刃比较明显,严重时会造成大范围剥落。

高等本科院校模具课程研究型教学方法的探索与实践

随着我国对高素质创新型模具技术人才的需求越来越大,高等学校实施模具课程教学方法的改革势在必行。本文分析了高等学校模具课程教学方法存在的问题,提出并实践了基于典型案例分析的模具课程研究型教学方法的改革措施,对教学改革效果进行调查和总结。

45钢高速铣削表面粗糙度预测

为了提高高速铣削加工表面粗糙度预测的精确性以及模型的通用性,提出了一种基于粒子群最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)算法的高速铣削加工表面粗糙度预测方法。以工件硬度以及铣削参数为影响因素,采用回归分析方法、最小二乘支持向量机(LSSVM)以及PSO-LSSVM方法,分别建立了45钢高速铣削加工表面粗糙度预测模型,并对模型的预测精度进行了试验验证和对比分析。结果表明:相同样本条件下,回归分析方法的预测误差较大,PSO-LSSVM预测模型平均预测误差仅为LSSVM方法平均预测误差的50%。PSO-LSSVM预测模型具有较高的预测精度和泛化能力,能够准确地预测高速铣削不同硬度的工件表面粗糙度,同时为铣削参数的选择和表面质量的控制提供了依据。

深冷处理工艺对W6Mo5Cr4V2钢力学性能和微观组织的影响

采用正交实验设计的方法对W6Mo5Cr4V2高速钢循环深冷处理工艺进行了实验研究,分析不同深冷工艺参数对宏观力学性能的影响,使用SEM和TEM观察循环深冷处理断口形貌和微观组织。结果表明,采用循环深冷处理工艺后,随着深冷次数的增加,力学性能明显提高,沿马氏体位错网析出大量超细弥散分布的碳化物数量增多,尺寸和间距减小,与一次长时间深冷处理相比,循环深冷处理效果更好。

高速切削锯齿形切屑内绝热剪切带微观特征研究

使用光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射、SEM、TEM等方法对高速切削30CrNi3MoV高强度钢锯齿形切屑中第一和第二变形区内形成绝热剪切带和白层进行了观察和研究。结果表明．形成了两种形式的绝热剪切带，即低速下形成的形变带和高速下形成的转变带。转变带内的硬度高于形变带和切屑基体。X射线衍射表明白层内发生了马氏体相变。TEM观察发现，形变带内为经历了大塑性变形的回火马氏体组织。转变带是由尺寸为50-100nm的等轴晶组成，绝热剪切带形成过程中发生了动态再结晶。

高强度钢正交切削过程中剪切变形局部化研究

通过正交切削实验对高强度钢30C rN i3M oV锯齿形切屑内剪切变形局部化的临界切削条件和绝热剪切带的分布规律以及微结构特征进行了研究.结果表明,因切屑剪切区内发生剪切变形局部化,在一定临界切削速度下切屑由带状屑转变为锯齿形切屑;对临界切削速度的理论预测和实验结果基本一致.随着切削速度的增加,剪切带的宽度和间距随之减小.在锯齿形切屑内发现两种剪切带即形变剪切带和白色剪切带.TEM观察表明,白色剪切带中心为等轴晶粒,剪切带内的组织结构经历了一系列复杂的演变过程.

高速切削温度场测量技术研究现状

高速切削加工现已成为当代先进制造技术的重要组成部分。切削热与切削温度是高速切削技术研究的重要内容。采用合适的测量方法对高速切削条件下的温度场进行研究可以得到切削参数对切削温度的影响规律,从而为研究刀具磨损机理、优化切削参数提供了有益的参考数据。归纳了高速切削中切削温度实验测量方法的研究现状,指出了各种方法的优缺点及适用性。

高速切削淬硬钢切屑变质层微结构及形成机理

为了揭示高速切削过程中切屑形成以及刀具-切屑界面摩擦机理,对剪切区内剪切带及白层进行了微观观察和分析.利用光学显微镜,SEM,电子探针,TEM和X射线衍射等方法对高速切削淬硬钢锯齿状切屑剪切变形区内变质层的微细组织进行了观察,对变质层的微结构本质及其形成机理进行了分析.研究表明:在锯齿状切屑锯齿之间的第一变形区存在绝热剪切带,由切屑基体到剪切带中心依次出现马氏体板条、沿剪切方向拉长并被位错分割的板条和等轴晶粒等不同的微结构特征;在切屑底部的第二变形区存在白层,其微结构显示了非晶组织特征.剪切带形成过程中没有相变发生,其形成是基于一种旋转式动态再结晶机制,白层的形成过程中发生了非晶转变和马氏体相变,形成机理属于相变机制.

W18Cr4V高速钢循环深冷处理后的力学性能和显微组织

采用力学性能试验、扫描和透射电镜观察等方法对W18Cr4V高速钢一次及循环深冷处理后的力学性能和显微组织进行了研究。结果表明:与一次长时间深冷处理相比,多次短时间循环深冷处理后高速钢力学性能明显提高,在马氏体位错线上析出更为细小弥散的碳化物,循环深冷处理有利于碳化物数量增加、尺寸减小和分布均匀;循环深冷处理效果更好。

高速钢循环深冷处理后的显微组织和力学性能

采用X射线衍射、透射电镜以及力学性能试验等分析方法,研究了多次循环深冷处理对W6Mo5Cr4V2高速钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明,与一次长时间深冷处理相比,多次短时循环深冷处理后W6Mo5Cr4V2钢中马氏体的c/a和含碳量明显减小,残留奥氏体数量进一步降低,有大量新的超细弥散碳化物颗粒沿马氏体孪晶带和位错线析出,碳化物的平均粒度显著降低。经多次短时间循环深冷处理后高速钢力学性能更好,因此在实际生产中应适当增加深冷处理次数。

切削高强度结构钢形成的绝热剪切带微结构观察

使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对高强度结构钢30CrNi3MoV正交切削产生的切屑内绝热剪切带的微细组织进行了观察,测量了绝热剪切带的显微硬度.绝热剪切带中心和基体组织之间,组织是渐变的.绝热剪切带内硬度达到了淬火马氏体硬度,并具有细小的等轴晶组织,内部含有少量χ-Fe5C2和Fe3C碳化物与奥氏体.基体和剪切带之间的过渡区为大塑性变形的马氏体组织,分布有高密度的位错.研究结果表明,在实验切削条件下得到的绝热剪切带属于相变带.

高速钢循环深冷处理工艺及机理研究

采用正交试验法对W6Mo5Cr4V2高速钢循环深冷处理工艺进行了研究,分析了不同深冷工艺参数对力学性能的影响,并使用TEM观察了循环深冷处理前后的微观组织。结果表明,回火次数对力学性能影响最大,其次是深冷循环次数,最后是深冷时间。深冷处理后在马氏体孪晶带上有超细碳化物析出,多次循环深冷处理后,碳化物数量增加。与一次长时间深冷处理相比,在深冷时间足够的情况下,采用多次循环深冷处理工艺效果更好。

高速干硬切削加工表面残余应力的预测

高速干硬切削过程中已加工表面产生的残余应力对零件的使用性能和使用寿命有很大影响,成为优化高速干硬切削加工参数需要考虑的重要因素之一。基于热-弹塑性理论和有限元软件ABAQUSTM,建立了高速干切削GCr15淬硬钢中残余应力分布的预测模型,分析了切削速度、后刀面磨损和切削深度对残余应力分布的影响规律和形成机理。GCr15淬硬钢实验结果与预测结果对比分析表明,该模型能准确地预测出已加工表面残余应力的分布规律。

增强颗粒对切削SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响机理

为研究SiC颗粒对SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响,设计了一种新型弹簧式快速落刀装置。通过正交切削试验获得切屑和切屑根部,观察其形态及金相显微组织,分析SiC颗粒沿剪切带的排列机制、颗粒的断裂与破碎机理、裂纹的扩展及其对切屑形成的影响。结果表明:设计的快速落刀装置加速度大,能获取有效的切屑根部;基体塑性滑移对颗粒产生的力和力矩使得颗粒沿剪切带排列;颗粒的断裂与破碎主要发生在剪切区、工件与切屑分离面、第2变形区以及刀尖附近的已加工表面;微裂纹从自由表面和剪切区内部沿剪切面扩展;裂纹沿剪切面扩展使得切屑受力不平衡,切屑加速流出,同时裂纹两侧沿剪切面发生相对滑动,导致切屑呈不规则锯齿形。

干硬切削表面白层厚度的建模与预测

干硬切削加工过程中产生的表面白层对零件的使用性能和使用寿命有很大影响,对白层厚度进行准确的定量预测具有重要的理论意义与应用价值。基于材料的化学热力学基本理论,对切削过程中合金元素、应力、应变等因素耦合影响下的奥氏体相变温度进行了理论推导,根据计算出的相变温度和有限元的模拟结果,建立了基于相变形成相理的白层厚度预测模型。GCr15淬硬钢试验结果与预测结果对比分析表明,本模型适用于热力耦合占主导地位的切削过程,该模型能够在考虑了热-力耦合因素的情况下更为准确地预测出干硬切削表面相变白层的厚度。