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.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于材料静动态力学性能分析的SiCp/Al本构模型构建

基于SiCp/Al复合材料的静态和动态力学性能分析,构建SiCp/Al复合材料的本构模型。针对体积分数为20%的SiCp/2a14Al复合材料采用电子万能试验机进行准静态拉伸试验,研究材料的静态力学性能;采用霍普金森压杆试验进行不同温度(20~400℃)、不同应变率(500~3000 s^(-1))动态压缩试验,分析材料的动态力学性能。基于材料静态及动态下应力-应变试验数据构建SiCp/Al复合材料的Johnson-Cook(JC)本构模型,并通过遗传算法对模型进行优化。结果表明,SiCp/Al复合材料在准静态条件下表现出应变强化效应;在动态载荷条件下,材料流动应力随着应变速率的增加而增加,表现出应变率强化效应,这与碳化硅颗粒的体积分数有关;随着温度的增加,流动应力减小,表现为温度软化效应。最小二乘法拟合的JC模型与试验值的平均误差较大,经过遗传算法优化后模型误差减小,能够准确预测SiCp/2a14Al复合材料的流变行为。

NiTi形状记忆合金切削仿真变形行为研究

利用ABAQUS软件对NiTi形状记忆合金不同切削速度和进给量时的切屑和已加工表面层热力载荷分布进行仿真分析。结果表明:切削速度和进给量增加都会导致切屑温度升高,塑性应变和损伤加剧;切削速度对温度影响较大,而进给量对塑性应变和损伤影响明显;切削速度增加,已加工表面层温度变化速率变大,表层残余应力增大,深层残余应力减小;进给量增加,应变层深度增加,残余应力逐层变大。

刀具槽型参数对切屑流向的影响及响应面分析

为更好地控制切屑,通过ABAQUS建立了梯形断屑槽的切削有限元仿真模型,研究了梯形断屑槽参数中刀尖处最小槽间距、反屑面角、断屑槽斜角对切屑流向的影响,并通过响应面法分析并拟合出切屑流向与这三个影响因子的二次多项式响应模型。结果表明:断屑槽槽间距越小,反屑面角、断屑槽斜角对切屑流向的影响越大,且断屑槽斜角对切屑流向的影响最大,反屑面角次之。通过响应面法建立的二次多项式数学模型能够描述刀尖处的最小槽间距、反屑面角、断屑槽斜角对切屑流向的影响规律,并且可以在一定范围内进行预测。

水溶性切削液浓度的测定方法及应用

本文主要探讨了切削液性能的测定方法,重点关注了pH值测定方法、折光率测定方法和密度测定方法。切削液的性能包括稳定性、润滑性能和冷却效果等,而浓度对这些性能有着重要影响。准确测定和调整切削液浓度对于维持切削液性能的稳定和优化加工质量非常重要,综合运用这些测定方法,可以有效地评估和调整切削液浓度,确保切削液的性能和质量。

雾化射流对42CrMo钢车削断屑性能影响的实验研究

金属加工过程中,切屑周期性断裂有利于切削过程的稳定进行,实现高质高效加工。雾化射流是一种重要的冷却方式,把压缩空气与切削液混合并断续喷射形成雾状。与切削液溢流冷却相比,雾化射流射出的小液滴渗透性更好,冷却介质能更准确地施加到刀具前刀面和切屑内表面位置。为了探究雾化射流对42CrMo钢车削断屑性能的影响,采用三种冷却方式(干切削、切削液溢流及雾化射流)和两种进给量(0.15mm/r, 0.18mm/r)进行车削实验,对切屑的宏观长度、卷曲半径、切削力和刀—屑接触长度进行观测。在相同的进给量下,采用雾化射流冷却方式可以获得更短的切屑宏观长度、更小的切屑卷曲半径、更小的切削力、更短的刀—屑接触长度以及更小的切屑内表面粗糙度。

切削用量对高效铣削高强钢切削力的影响研究

在切削速度v=100~300m/min、每齿进给量f_(z)=0.01~0.1mm/z、轴向切削深度a_(p)=1~3mm条件下,对30CrNi2MoVA高强钢进行了高效铣削试验,研究了切削用量对切削力的影响。试验结果表明,切削速度对切削力的变化影响不大,随切削速度的增加径向力略有增加,切向力略有减小;轴向切削深度和进给量对切削力的变化影响较大,径向力和切向力均随轴向切削深度和进给量的增大而近似呈线性增大,且增幅较大;轴向力随切削用量的变化较小,且在不同切削用量下轴向力相差不大。在试验切削用量范围内,总体表现为径向力>切向力>轴向力。

刀具几何参数对GFRP复合材料切削力的影响仿真研究

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)两相材料属性相差迴异,加工难度大。利用有限元仿真软件对玻璃纤维增强复合材料进行了研究,分析了刀具几何参数与切削力之间的关系。结果表明:当刀具前角由3°增大到12°时,切削力下降,但当前角由12°增大到15°时,切削合力和主切削力有微小上升趋势;当刀具后角从2°增加至12°时,切削力呈现下降趋势,从12°增加至22°时,切削力呈现增大趋势;当刃口半径由0.05mm增加至0.4mm时,切削力减小,刃口半径从0.4mm增加到1.2mm时,切削力增加。仿真得到的最合适刀具几何参数分别为前角12°、后角12°和刃口半径0.4mm。

正交试验法在刀具几何参数优化中的应用研究

首先,基于AdvantEdge金属切削有限元仿真软件建立三维铣削模型并设计三水平四因素正交试验方案,采用K系列硬质合金整体圆柱立铣刀对钛合金材料Ti6Al4V进行铣削仿真加工,得到不同刀具几何参数在设定加工条件下的接触面应力时间历程曲线。然后,利用综合平衡法,分析刀具几何参数在多因素条件下对铣削力和刀具切削温度的主次影响,初步选定最优铣削方案。最后,采用方差分析法对最优方案进行验证,并逐一分析刀具各因素在单一变化条件下对铣削力和刀具切削温度的影响。