机械刻划层分结构铝膜刀具磨损研究

掌握机刻光栅刀具磨损机理是稳定制备大面积光栅的关键,由镀制工艺决定的具有层分结构铝膜是机刻光栅的首选膜坯。为获取光栅机械刻划过程中层分构铝膜对金刚石刻划刀具磨损影响规律,首次开展层分构铝膜力学性能测试与刀具刻划磨损规律研究,采用纳米压痕实验测得层分构铝膜硬度与弹性模量分别为0.48 GPa与65.2 GPa,满足Hall-Petch强化理论。据此,首次运用Deform 3D有限元分析软件建立层分构铝膜模型,将刻深位置设置在铝膜层分界面位置,分别对刻深在2μm与4μm的单层与4层铝膜进行刻划仿真后发现,分层膜界面对于其应力传递影响作用明显,且刻深突破第一、二层铝膜界面时,该界面对于应力传递的阻碍作用消失;不同刻深刻划单层和4层铝膜时刀具磨损形式与磨损部位大体相同,但刻划4层铝膜时刀具磨损较小,与后续机刻试验结果相符。

一种涡轮盘榫槽的组合加工刀具设计研究

汽轮机涡轮盘连接叶片的位置通常采用榫槽结构。针对小型燕尾型榫槽,目前常采用一种成型刀具一次加工成型,导致被加工零件精度低、表面粗糙度差且刀具成本高。为解决目前制造工艺的局限性,提出了一种组合刀具设计思路。首先,根据燕尾槽型榫槽的结构特点,设计出4把刀的刀具型线和尺寸参数,通过UG等建模软件建立模型,利用ANSYS软件进行有限元分析;然后,制定组合刀具的制造工艺方案,通过NUMROTO刀具编程软件进行路径规划和程序编制;最后在SAACKE五轴工具磨床上磨削加工出合格的组合刀具。通过仿真及实际切削试验验证了该方案切实可行,相较于传统加工方法,有着加工精度高、表面粗糙度低、切削热低且成本低等优点。

非对称织构对YT15硬质合金刀具切削性能及其衍生切削的影响

为研究非对称织构对刀具的切削性能及其对衍生切削的影响,基于Johnson-Cook模型,利用有限元分别进行无织构刀具(NT)、正向非对称织构刀具(FT)和反向非对称织构刀具(RT)切削45钢的仿真分析,并进行相应的切削实验,对比分析了NT、FT和RT的切削力、切削温度、切屑形态、衍生切削和刀具磨损等。研究发现非对称织构刀具的切削性能要优于无织构刀具,但织构的存在同时会诱发衍生切削现象,对切削性能产生一定的负面影响,加剧刀具磨损。NT、RT和FT的平均主切削力分别为601.9、196.4和419.1 N,织构刀具的切削力较无织构刀具减少了约30.4%~67.4%。结果表明,引入织构后有利于增大剪切角、降低切削力、改善刀尖温度分布和减少切屑的黏附,提高切削稳定性;但织构诱发的衍生切削会加剧织构在切屑流出端的刀面磨损,会在一定程度上影响切削温度、增大切削力,织构与衍生切削的耦合作用使得RT的切削性能优于FT。

基于DOE实验设计的高速双切滚刀寿命研究

高速双切滚刀是一种新型的滚刀,滚刀基体材质和涂层工艺复杂,为满足生产需求需尽可能延长滚刀寿命,降低滚刀返修成本,提高效益。通过实际应用与理论分析相结合的方法,利用六西格玛实验设计工具,分析了影响滚刀寿命的显著性特征因子,拟合出最优的工艺参数,并通过实际加工对此参数进行了验证,为企业降本增效提供了依据。

芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀的设计研究

采用传统的铣削方式对芳纶纸蜂窝材料加工时,芳纶纸蜂窝材料会产生蜂窝坍塌、撕裂和纤维拉毛等质量问题,而采用超声波振动切割方式加工蜂窝材料时,可以避免传统铣削加工中出现的问题。文中首先对芳纶纸蜂窝材料超声振动切割刀进行总体结构设计,使用ANSYS有限元软件进行模态分析和谐响应分析,并根据分析结果优化超声波振动切割刀振子结构,确定其谐振频率,并分析其振动特性;然后对超声波振动切割刀样机进行阻抗测试和振幅测试,验证芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀设计的合理性及可行性;最后观察芳纶纸蜂窝材料切割表面形貌,发现随着振幅的增大,样件切割表面成形更加完好,验证了超声波振动切割加工蜂窝材料能够提高芳纶纸蜂窝材料的加工质量。

渐开线圆柱齿轮的通用型滚插刀设计方法

针对渐开线圆柱齿轮的滚插加工,基于交错轴渐开螺旋面线接触啮合,提出一种通用型滚插刀设计方法,适用于任意结构前刀面。简述滚插加工原理,分析计算交错轴渐开螺旋面线接触啮合的条件;从渐开螺旋面出发,给出切削刃的计算方法,以重磨后刃形精度不变为要求,构建后刀面模型;分析并给出了滚插加工参数的计算方法;基于滚插刀设计实例和VERICUT软件对不同参数的工件进行仿真加工,验证了所设计滚插刀的通用性与可行性,为通用型滚插刀设计提供了一种简单、无刃形误差的方法。

手动攻丝垂直度方案探讨

攻丝在机械加工中属于常见加工特征,根据加工工况条件可采取机攻或手动两种方式。手动攻丝时,如何保持攻丝的垂直度至关重要,毛坯孔、弧面孔、干涉孔等加工时,丝锥无法保持攻丝的垂直度,且无法使用角度尺进行测量。针对手动攻丝垂直度无法保持及测量困难的问题,该文给出了三种手动攻丝保持垂直度的设计方案,通过对比三种方案的加工性能及操作流程发现,手工攻丝必须仔细检查和校正丝锥的位置,以保证丝锥与工件的螺纹基面垂直。通过实际加工验证了三种方案的可实施性,为手动攻丝保持垂直度的加工提供借鉴。

螺纹丝锥表面处理研究进展

丝锥是内螺纹加工的一种专用刀具,与车刀、铣刀等传统刀具不同,其加工属于半封闭、多切削刃成形加工方式。丝锥加工通常是机加工中的最后一道工序,丝锥质量的好坏直接影响了内螺纹的加工质量和加工效率。概述了市场上典型丝锥的类型、加工主要失效方式与失效机理,并查明丝锥刃口机加工缺陷及严重的黏结磨损和磨粒磨损是诱导丝锥切削性能与寿命显著降低的主因。因此,对丝锥进行表面处理也是行业的研究热点。在表面处理技术方面,重点分析了丝锥刃口钝化技术对丝锥刃口几何特征形态和加工性能的影响规律;同时也探讨了PVD技术类型及特点;在丝锥涂层方面,重点分析了氮化物涂层、含碳膜涂层和特征润滑膜涂层;在丝锥基体预处理方面,重点介绍了激光微织构图案对涂层结合力及刀具摩擦特性的影响规律;在涂层设计方法,重点介绍了常规氮化物、碳化物涂层和高熵合金氮化涂层的力学、物理和化学性质,以及涂层类型与丝锥切削性能和加工质量之间的关联性。最后,总结了单一表面处理技术在丝锥性能提升方面存在的问题,并提出了丝锥钝化+基体激光微织构+PVD自润滑涂层的复合技术方案。

基于视觉原理的直槽丝锥径向几何参数测量方法研究

针对目前丝锥测量方法测量参数单一、需人工操作的问题,提出了一种基于视觉原理的直槽丝锥径向综合多参数自动测量方法。通过预处理得到丝锥极坐标下的径向轮廓图。对端面刃背到几何中心的最大、最小极径像素拟合圆,得到端部和芯部直径。通过拟合特征曲线,得到两对直线方程,利用夹角公式得到前角和后角值。计算刃背首末像素点间距离得到刃背宽度值。将刃背首末像素极径差值作为铲背量。实验结果表明:对M10丝锥进行10次重复性测量,上述几何参数的测量相对误差均在0.58%之内,平均耗时7 s,能满足高精度、高效率、多参数自动测量的工程需求。

滚刀设计制造专家系统的开发与应用

应用空间啮合的基本原理 ,建立了滚刀刃形和铲磨砂轮廓形的计算通式 ;利用CAD/CAM技术和专家系统技术 ,开发出了实用的滚刀设计制造专家系统 .

基于知识驱动的工装快速变型设计系统研究与开发

将知识工程技术和模块化设计思想融入工装设计,以解决航空发动机工装设计效率低下和设计知识无法重用的问题。首先采用层次模块化方法构建工装设计知识库,将设计知识进行分类存储;然后针对实例主观权重和客观权重系数分配问题,提出一种基于模糊层次分析法和相似度离差信息合成法的组合权重,采用改进的最近相邻法计算实例的全局相似度,在已有实例模板基础上进行实例推理变型设计;最后利用NX二次开发技术开发工装快速设计原型系统,并通过实例验证原型系统的可靠性和实用性,实现了以知识驱动的工装快速设计,提高了工装设计知识的继承性和重用度,缩短了产品研发周期,降低了生产制造成本。

太阳能光热发电追光系统中蜗杆副选型及应力分析

针对目前太阳能光热发电定日镜追光系统中蜗杆副精度寿命短、侧隙难调整等不足,探讨了蜗杆副的选型,通过建立传动副三维模型和有限元模型,分析了完整工作周期载荷下的齿面应力,试制传动副样件并进行了齿面精度检测和接触斑点试验。分析结果表明:在工作周期的主要工作载荷和极限载荷下,齿面有限元模拟分析的最大Von-Mises应力均满足设计要求;传动副齿面应力分布规律与接触斑点和图形学显示结果吻合;蜗杆齿面螺旋线误差、齿形误差以及蜗轮齿面全齿齿距累积误差、单齿距偏差和径向跳动检测结果显示,该双导程蜗杆为6级精度,蜗轮为7级精度,满足追光系统设计要求。研究结果可为后续太阳能追光系统中蜗杆副的选型和实际应用奠定理论支撑和试验参照。

分阶式四点接触齿轮滚刀的参数化设计

分阶式四点接触齿轮为凹凸式接触齿轮,具有接触强度高、弯曲强度高及重合度高等优点。为进一步推进分阶式四点接触齿轮的实际应用,本文对分阶式四点接触齿轮滚刀的三维参数化设计进行了研究。通过对三维软件进行二次开发,实现了在软件内部环境通过人机交互式界面调用程序的动态链接库,在对话框中输入滚刀的模数、外径和螺旋升角等基本参数即可自动创建分阶式四点接触齿轮滚刀的三维参数实体模型。为进一步研究滚刀的切削性能以便对刀具的结构或参数进行改进,对所建分阶式四点接触齿轮的滚刀模型进行了有限元分析,结果显示,滚刀在顶刃部位的位移变形最大,达到31.087μm;从刀齿根部到顶刃的应力由180.39Pa增大到6.74MPa,应变则由7.887×10^(-8)增大到0.00313。

基于视觉原理的直槽丝锥轴向几何参数测量方法研究

针对目前丝锥测量方法存在自动化程度低和检测时间长的缺点,提出基于视觉原理的直槽丝锥轴向几何参数测量方法。利用Harris角点检测算法获得丝锥关键尺寸图像区域,再使用区域生长法、改进Canny算法和边缘跟踪算法提取丝锥边缘信息;经过牙侧线上一点作一直线垂直于牙侧线,使该点在垂线方向上到相邻牙型角的角平分线距离相等,运用三角形相似法确定牙侧线上的中径点,采用最小二乘法拟合上下牙型中径线,从而测得中径;求出对应牙顶和牙底像素点拟合直线的距离并获得大小径值;用拟合直线测量夹角获得牙型角和切削锥角,将对应牙侧线中径点的距离求均值后获得螺距。实验结果表明:对M14丝锥重复测量10次,上述几何参数的测量相对误差均在0.43%之内,能满足高精度、高效率以及自动测量的工程需求。

中风化泥、砂岩复合地层盾构滚刀磨损机理及预测分析

针对盾构施工过程中滚刀的磨损机理及磨损量预测展开研究,确定合理的开仓换刀时机,基于磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损三种滚刀磨损机理,结合CSM理论公式计算得到滚刀法向力,建立滚刀径向磨损高度理论计算模型,将滚刀径向磨损高度拟合数据与现场实测数据进行对比分析。结果表明:滚刀磨损量中,磨粒磨损占比最高,黏着磨损其次,疲劳磨损占比最低。预测滚刀磨损数据与现场实测磨损数据相对误差不超过14.5%,说明该模型对于中风化泥、砂岩复合地层预测滚刀磨损有较好的准确性。

涂层流程对碗形插齿刀齿形精度影响研究

碗形插齿刀在风电齿轮箱中应用非常广泛,在其重复使用过程中需要经过刃磨和涂层两个主要阶段。为研究涂层过程对碗形插齿刀齿形精度的影响,通过试验分析研究新插齿刀制造精度和插齿刀反复涂层后的齿形精度,根据试验数据得出,新插齿刀在不同截面齿形精度波动较小。在相同刃磨条件下对同一把插齿刀进行反复退涂和涂层后,涂层后插齿刀的齿形精度相比未涂层的得到提升。

螺旋槽丝锥切削性能影响因素分析

为探究螺旋槽丝锥的切削性能,采用三因素三水平正交试验方法分析了螺旋槽丝锥切削42CrMo材料时不同基材、槽型和涂层对刀具寿命的影响,通过蒙特卡罗模拟获得刀具寿命对基材、槽型和涂层的灵敏度,确定了螺旋槽丝锥寿命最高时的最优组合。试验结果表明:槽型对试验结果高度显著,涂层和基材对试验结果不显著;槽型对刀具寿命最为敏感,其灵敏度为72.1%。最佳组合为45°螺旋角、TiCN涂层和粉末冶金高速钢基材。

车齿刀前刀面几何构型对切削力和切削温度的影响

车齿工艺具有生产效率高、适应齿轮类型广的优点,近年得到了快速发展。车齿刀几何结构复杂,其前刀面有平面、锥面和球面不同构型,对切削力与温度具有显著影响。通过建立三种典型前刀面构型的车齿刀模型以及具有对应切削刃空间切削轨迹的工件模型,对不同车齿刀的切削性能进行有限元仿真,实现对切削过程中各参数动态变化的预测,并分析选用不同前刀面几何构型对刀具主切削力和温度分布的影响。结果表明,球形前刀面构型切削力较另两种构型更小且更平稳,高温分布区域更少,适用于车齿刀实际加工。

切削丝锥过切现象的分析和设计优化

以切削丝锥(直槽丝锥、螺旋槽丝锥)为研究对象,分析造成丝锥过切现象的原因和影响因素,探讨改善过切现象的方法,总结抑制切削丝锥过切现象发生的几个关键点,通过实验室模拟实际加工来验证优化和改进的效果,并应用于丝锥的设计和制造中。

密封面条件下套管内螺纹加工工艺设计

为提高密封性能,带密封面的特殊螺纹连接应用广泛,但密封面却严重限制了螺纹刀具的高效施展。本加工方案灵活利用了刀具、螺纹及密封面三者之间的有限空间,通过改良结构充分释放了刀齿排布和定位装夹两个方向的设计空间,辅以量身定制的加工程序,最终形成一套同时解决加工效率、刀具偏转和螺纹毛刺的精准工艺方案。