考虑微刃口几何的Ti-6Al-4V钛合金加工切削力仿真预测与试验研究

切削刀具刃口半径对材料加工过程有着重要影响,其中如切削力、切削应力以及刀—屑交界面的温度分布,这些参数最终都会作用在刀具寿命和工件已加工表面完整性上。刀具刃口圆形钝化处理能够使刀具不易在切削过程中出现崩刃。本研究借助有限元方法对钝圆刃口刀具切削过程进行深入研究,其中有限元模型采用耦合欧拉—拉格朗日(Coupled Eulerian Lagrangian,CEL)方法建立。为研究刀具刃口对切削过程影响,本研究的切削工况包括四种刀具刃口半径(10μm,20μm,30μm,40μm)和三种未变形切屑厚度(0.1mm,0.15mm,0.2mm),对12种工况分别进行仿真和试验研究,验证所提出的有限元模型的准确性和合理性。在此基础上,进一步对仿真结果中的切削温度、切削应力和材料流动状态等过程量进行深入分析研究发现,随着刀具刃口半径的增加,两向切削力的刃前切削应力和最高切削温度都呈增长趋势,最高切削温度由前刀面向后刀面移动。本研究或为钛合金切削过程的机理理解及难加工材料刀具和切削参数设计提供支持。

聚焦声透镜对钛钽合金微切削的影响

功率超声振动加工钛钽合金时,空化微射流的数量与速度是微切削加工效率的关键影响因素,使用聚焦声透镜可以提高聚焦区域的声压和空化效率,加工效率随着微射流的数量和速度增大而增大。设计并制作了基于35kHz声源频率的菲涅尔衍射透镜,借助COMSOL软件对透镜工作环境进行模拟,确定最佳工作位置,透镜会改变超声场内声压分布,将声压汇聚在更窄范围内,透镜聚焦增益2~10倍。根据仿真结果进行的钛钽合金空蚀实验结果表明,相较于无透镜组,有透镜组的钛钽合金表面粗糙度变化更大,空蚀坑数量更多,坑深与径宽更大,可以认为菲涅尔聚焦声透镜对钛钽合金微切削有促进作用。

基于干切削与MQL的稀土镁合金铣削性能对比研究

本文在干切削与微量润滑(MQL)条件下对GW63K稀土镁合金开展铣削试验,分析不同铣削参数与冷却条件对GW63K镁合金铣削力和铣削温度的影响规律,并对已加工表面的形貌与表面质量进行研究。结果表明:在两种冷却条件下,增大切削速度和每齿进给量都会导致GW63K镁合金的铣削合力增加,且每齿进给量的影响更为显著;在MQL条件下,镁合金铣削合力较干切削有所上升;稀土镁合金的铣削温度亦随切削速度与每齿进给量的增大而上升;在干切削条件下,稀土镁合金的铣削温度较高。此外,每齿进给量对GW63K镁合金的已加工表面质量影响显著,而MQL有助于降低已加工表面粗糙度,提高表面质量。综上所述,采用MQL冷却方式,同时选取较低的每齿进给量与较高的切削速度,有助于提高GW63K镁合金的铣削性能。

挤出式3D打印工艺制备WC-10Co硬质合金的显微结构与力学性能

传统方法制备复杂构件的硬质合金产品难度大,成本高,影响了硬质合金的持续发展。采用挤出式3D打印成形硬质合金打印样,经溶剂脱脂、热脱脂和气压烧结制备WC-10Co硬质合金样品,研究打印参数、脱脂工艺和烧结温度对样品的显微组织与力学性能的影响。结果表明,采用不同的喷嘴尺寸,可调节打印样的表面粗糙度与尺寸精度,使用溶剂-热脱脂两步法脱脂后脱脂坯形状与尺寸稳定,烧结后该合金的组织分布均匀,在1450℃烧结后合金硬度为87.3 HRA,抗弯强度超过3500 MPa,性能媲美常规粉末冶金方法制备的合金。

TC4钛合金干切削镗孔工艺参数优化研究

镗孔加工是影响飞机制造精度、效率和质量的关键工艺方法。而关键部位的干切削加工要求给TC4钛合金孔的镗削加工提出了新的技术挑战。本研究通过设计TC4钛合金高速干切镗孔正交实验,在镗孔尺寸精度满足要求的基础上,分析了工艺参数对刀具磨损、表面粗糙度、切屑形貌等关键结果和过程要素的影响规律,建立了对应的数值关系方程,开展了以切削效率为目标的工艺参数优化,优化后的工艺参数组合较原有工艺切削效率提升28.05%。开展优化后工艺参数镗孔验证实验,结果表明,刀具磨损量、表面粗糙度和切屑形貌等均达到加工要求。

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。

Sn微合金化无铅易切削Al-Mg-Si合金的组织与性能

采用力学性能测试、X射线衍射物相分析、扫描电子显微分析、透射电镜分析和金相实验方法研究了不同处理态Sn微合金化的无铅易切削Al-Mg-Si合金棒材的显微组织与性能。研究结果表明:合金的最佳时效工艺为170℃／8 h,在此条件下,合金棒材的抗拉强度为351 MPa,屈服强度为336 MPa,延伸率为13．5％;合金的物相组成为铝基固溶体、主要强化相Mg2Si和CuAl2以及低熔点组织组成物Mg2Sn+Sn;低熔点组织组成物Mg2Sn+sn以及时效析出相Mg2Si和CuAl2使合金具有良好切削性能和较高强度。

激光诱导氧化辅助微细铣削TA19钛合金高深宽比微结构的研究

目的提高TA19钛合金的微切削加工性。方法提出一种激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工方法。该方法使用较小功率的纳秒脉冲激光辐照钛合金表面,诱导材料在富氧氛围下产生氧化反应,生成疏松且易于铣削去除的氧化层。随后使用微铣刀快速去除氧化层,可提高加工效率和刀具寿命。通过激光诱导氧化试验和微细铣削试验,选择最优的激光参数和铣削参数。在最优参数下,加工宽度为0.5mm、深宽比为3的微结构。为了验证复合加工方法的高效性,在相同的铣削参数下,与常规微细铣削工艺作对比研究。结果激光平均功率与激光扫描速度均会对氧化效果有影响。激光平均功率为4 W、扫描速度为1 mm/s时,TA19钛合金的氧化效果较好,此时生成的氧化层疏松多孔,氧化层和亚表层的厚度分别为32μm和9μm。随每齿进给量的增加,铣削力逐渐增加,而背吃刀量对铣削力的影响较小,选取铣削参数n=20 000 r/min、f_(z)=1.75μm/z、a_(p)=6μm为较优参数。与常规微细铣削工艺相比,激光诱导氧化辅助微细铣削的切削力降低了38%,且加工的高深宽比微结构的毛刺较小,表面质量较高。结论激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工工艺可以有效改善TA19钛合金的微切削加工性,提高刀具的使用寿命。

Zr基大块非晶合金低速切削性能试验研究

为研究大块非晶合金Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10.0)Be_(22.5)的切削性能,通过使用扫描电镜对加工后合金表面和切屑形貌进行分析。结果表明:切削速度越低、切削深度越小,工件表面粗糙度值越小,切屑表面越平整,切削过程越稳定。说明在低速切削条件下,非晶合金具有较好的切削性能。

Zr_(41.2)Ti_(13.8)Cu_(12.5)Ni_(10.0)Be_(22.5)大块非晶合金的切屑和切削力试验(英文)

为了解非晶合金的切削机理,对大块非晶合金Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10.0Be22.5进行了不同切削深度的切削实验,然后用扫描电镜、X光衍射仪和测力系统对切屑形态和切削力进行观察和测量。实验结果表明:Zr基非晶合金在受拉的时候,比全脆性材料有更好的塑性表现,其切屑形态独特且具有塑性剪切带特征;主切削力Fz随切削深度的增加而增长,但Fx和Fy则几乎没有变化。

基于MQL的微切削Inconel 718残余应力优化研究

镍基高温合金(Inconel 718)因具有良好的机械性能和抗氧化性能而被广泛应用于航空航天等领域。Inconel 718合金存在加工硬化等问题,使其成为一种难加工材料。残余应力是影响Inconel 718合金工件尺寸稳定性的主要因素之一,采用微量润滑(MQL)进行加工,可有效控制切削温度及切削力,降低残余应力。本研究通过MQL微切削理论、仿真及实验等方法,探讨切削速度、进给量、背吃刀量等因素对残余应力变化的影响,揭示MQL微切削Inconel 718合金残余应力分布变化规律,并基于田口法提出MQL微切削Inconel 718合金残余应力的优化方案,具有一定的科学意义和实用价值。

Vit1块体金属玻璃微铣削表面粗糙度试验研究

为研究金属玻璃的微铣削表面粗糙度,采用直径为0.5 mm的双刃硬质合金微铣刀,在Vit1块体金属玻璃表面加工微尺度沟槽结构;以试件表面粗糙度Ra值为衡量指标,利用三因素五水平正交试验方法分析主轴转速、进给速度和铣削深度对微铣削表面质量的影响。试验结果表明:主轴转速对表面质量影响最为显著,而进给速度影响较小。对影响表面质量及形貌的原因进行了深入分析,其结果对研究Vit1块体金属玻璃的微铣削加工机理具有一定的借鉴意义。

易切削钢种类及其特性分析

易切削钢与普通碳素钢相比,具有优良的切削性能和良好的表面光洁度,介绍了国内外易切削钢的研究现状、不同易切削钢种类及其特性,并对其研究前景进行了展望。

7050-T7451铝合金化铣加工速率影响因素研究

化铣是一种通过化学腐蚀方法进行金属加工的工件成形加工方法,控制化铣速率精度是化铣工艺的关键。本文根据铝合金化铣的反应机理,通过配置不同配比的铝合金化铣液,研究了影响化铣加工速率的主要因素,获得控制铝合金化铣的工艺参数。研究结果表明:化铣速率取决于Na OH质量浓度和温度,随着Na OH质量浓度和温度的升高,化铣速率增加;当化铣时间达到30min后,化铣速率基本达到平衡。

钛合金TC4热轧板切削异常原因分析及改善措施

针对钛合金TC4封装壳体加工异常的现象,从壳体的加工工艺过程、钛合金热轧板材化学成分、金相组织等方面进行了详细分析,判定壳体加工异常的原因在于材料中呈粗大长条状分布的初生α相,并分析了钛合金热轧板材中产生粗大长条状初生α相的原因。在此基础上,研究了采用固溶处理工艺消除热轧板中粗大初生α相工艺方法。试验结果表明,固溶处理可以改善钛合金TC4热轧板的显微组织,使大部分粗大的初生α相分解为细碎的次生等轴α相,明显改善材料的切削加工性能。

切削速度与进给量对UVC硬态切削加工的影响

阐述了超声振动切削(Ultrasonic Vibration Cutting,UVC)的加工机制,并通过理论计算研究了切削速度对加工过程的影响,同时对Inconel718硬态合金进行UVC加工和传统车削法加工(Conventional Turning Method,CT),研究了切削速度与进给量对刀具切削性能的影响。实验结果表明:在进行低速硬态切削时,UVC在切削表面质量和刀具寿命方面均优于CT;同时切削速度和进给量对切削力和刀具磨损都有显著影响,与理论研究结果相符。

基于DEFORM的整体CBN刀具切削钛合金的有限元分析

利用DEFORM-3D有限元软件对整体CBN刀具车削钛合金进行了三维仿真,采用单因素试验法模拟分析CBN刀具车削钛合金时切削速度、背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响。仿真结果表明:对切削力影响最大的是背吃刀量,其次是进给量,切削速度的影响最弱。切削温度方面,切削速度对其影响最大,背吃刀量最小。

高温合金GH4169铣削参数优化的研究

针对GH4169材料的难加工性,设计了四因素三水平正交切削实验,应用刀具分析软件THIRD WAVE AdvantEdge对其进行模拟加工。以铣削力为目标进行参数优化,通过对不同加工工艺参数的研究,得出了转速、切削宽度、每齿进给量及切削深度等因素对切削力的影响,为GH4169的高效加工提供了有力依据。

T11钛合金零件的切削加工

钛合金具有重量轻、强度高、耐高温等优良特性,多用于航空航天以及人工关节等方面,但由于其加工难度大、切削效率低、刀具寿命短而影响了它的应用。文中通过对钛合金材料的机械物理及切削性能的分析,结合典型零件的车、铣、钻工序,介绍了刀具参数、切削参数的优选方法及工艺的制订依据,经实际加工效果证明了所选工艺参数及加工工艺的合理性。

SUM23HS易切削钢表面裂纹原因分析及改进措施

运用金相、扫描电镜及能谱分析等方法对SUM23HS易切削钢表面裂纹进行了分析。并提出了有针对性的改进措施。