铣削高温合金GH3039刀具寿命预测及磨损机理

为揭示高温合金GH3039铣削参数对刀具寿命的影响规律,采用正交试验法对其进行铣削试验,运用多元回归法建立刀具寿命预测模型,分析铣削参数对刀具寿命的影响规律,通过观测铣刀后刀面的磨损情况,探究不同主轴转速下铣刀的磨损机理。结果表明:主轴转速对刀具寿命的影响程度最大,最小为轴向切深;当主轴转速为750 r/min时,铣刀磨损区域主要以黏结磨损和磨粒磨损为主;当铣削速度为950 r/min时,氧化磨损与扩散磨损开始增强;当铣削速度为1 180 r/min时,磨粒磨损与黏结磨损开始减弱甚至消失,氧化磨损与扩散磨损占据主导地位。

PVD、CVD涂层硬质合金刀片铣削2Cr13不锈钢磨损实验研究

2Cr13不锈钢是一种典型的难加工材料。在其铣削加工过程中,存在铣削力大、铣削温度高、加工硬化趋势强、切屑黏附性强、刀具磨损严重等问题。选用AlCrN(PVD)和TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN(CVD)两款不同涂层的RCKT 1606圆形铣刀片,对2Cr13不锈钢进行铣削实验,并分析这两款涂层加工不锈钢的磨损性能及失效机理。结果表明:TiCN-Al_(2)O_(3)-TiN涂层刀片铣削加工10m以后,两个刀片的后刀面磨损量均超过了0.3mm,且切削刃发生崩刃失效;AlCrN涂层刀片铣削10m后,两个刀片的后刀面磨损量均超过0.12mm;在2Cr13不锈钢的铣削加工中,使用AlCrN(PVD)涂层可以有效提高刀具的切削寿命。

基于五轴平台的枞树型轮槽铣刀加工工艺分析

轮槽成型铣刀是加工汽轮机轮毂槽的重要工具,其结构复杂且加工困难。为提高加工效率和精度,以某型高速钢轮槽铣刀为例,提出基于五轴平台的加工工艺方法。使用UG软件基于五轴车铣复合机床规划粗加工刀具路径,并采用专用后置处理器生成数控加工程序,通过虚拟机床进行仿真验证;采用NUMROTO软件规划精加工路径,获得磨削NC代码并进行虚拟加工验证;进行实际切削验证,通过DOOSAN PUMA SMX2600ST车铣复合加工中心对刀具进行粗加工后,在SAACKE UWIF五轴工具磨床上完成刀具的精加工。实验结果证明,该工艺方法不仅能保证产品质量符合工艺设计要求,而且制造效率提高了20%。

泥水盾构带压更换刀筒闸门技术研究

泥水盾构施工过程中常压换刀刀盘因频繁换刀会引起刀筒闸门磨损,更换刀筒闸门时,刀筒闸门周围土体需处于相对稳定状态,否则会引起塌方或涌水等问题,甚至可能导致盾构机淹没等安全事故。以南京市和燕路过江通道为工程背景,研究并解决了带压更换刀筒闸门的施工重难点,包括地下水的封堵、泥膜形成、舱内气压稳定等,提出了包括制作止水环、形成泥膜、带压更换刀筒闸门等环节的施工操作规程,最终取得了良好的施工效果。

基于工具磨床的铣刀刃磨夹持工装设计与应用

基于台式工具磨床和铣刀结构,设计一种铣刀刃磨夹持工装,通过夹持工装将铣刀与工具磨床连接,完成铣刀刃磨,解决了手持刀具刃磨存在的问题,保证铣刀刃磨质量。夹持工装使用便捷,为其他刀具刃磨夹持工装设计提供了思路。

机夹型叶根铣刀设计及自动检测技术

分析机夹型叶根精铣刀的设计方法,确定刀具刃口型线,通过UG建立刀体模型并进行加工程序模拟,通过NUMROTO软件进行3D模拟,查看模型是否与型线外形符合,测量和优化刀具角度,在无碰撞和干涉条件下对刀槽进行加工和测量。确定刀片装配位置、设计槽型的加工顺序,建立合适的刀具坐标系,采用CadLoadModel语句导入理论模型后进行元素分组,实现机器坐标系与模型坐标系的统一,检测表明,该设计方案满足使用要求,提高了叶片加工效率。该工艺对其他机夹型叶根铣刀的研究具有一定推广使用价值。

镶片式叶根精铣刀结构设计及制造工艺分析

针对传统整体式叶根精铣刀加工成本高、效率低的问题,提出一种镶片式结构的叶根精铣刀设计。根据某叶根型线对镶片式叶根精铣刀进行结构设计,利用ANSYS软件进行刀具的静态受力分析,得出成型后角对刀具结构的影响关系并进行结构优化;利用NUMROTO plus软件编制刀具精加工工艺流程及编程处理;采用SAACKE UWIF五轴刀具磨床进行加工实验验证。试验件经检测,满足刀具设计的精度要求,验证了该结构刀具的可行性,通过对比实验,验证了该刀具可以降低生产成本。

全断面硬岩地层土压/TBM双模盾构滚刀性能评价

为了提高土压(EPB)/隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)双模盾构掘进效率,减少滚刀磨损,以深大城际铁路机场东站—黄麻布站区间为依托,以该隧道左线里程ZDK8+583.0~ZDK8+359.8全断面硬岩掘进段为研究对象,对区间所采用的EPB/TBM双模盾构滚刀性能展开研究。首先,根据滚刀功能和类型的不同,对该区段的滚刀更换情况以及磨损状况进行统计分析,并获得最优性能的滚刀;然后,为更好地指导开仓换刀,以最优性能滚刀为例对滚刀使用寿命进行评估;最后,根据现场实际情况建立刀具信息管理系统。研究结果表明:中铁装备宽刀更适合该类地层的掘进,所搭建的刀具管理系统能很好地实现刀具信息化管理,确保现场施工更经济、高效。

不规则零件的数控机床加工工艺研究

随着现代制造业的快速发展,不规则零件的加工需求日益增长,对数控机床加工工艺提出了更高要求。针对不规则零件加工面临的挑战,如几何形状复杂多变、精度要求高、材料加工难度大等,提出数控加工工艺的优化方法,包括工装夹具优化、刀具选择与路径规划、机床性能调优以及在线监测与自适应控制等。通过模块化设计夹具、优化刀具几何参数调优机床性能等,实现了不规则零件的高精度、高效率加工。此外,采用基于动态吸振器的主动抑振方法和在线监测与自适应控制系统,有效提高了加工质量和刀具寿命。

复合常压刀盘掘进措施应用研究

文章结合广州海珠湾隧道工程超大直径泥水平衡盾构机掘进实例,分析了复合常压刀盘在复杂红层地质的工程难点及应对措施,重点分析了刀盘结泥饼、滞排、排浆泵及采石箱堵塞,以及刀具磨损严重等问题产生的原因,对出现的问题提出相应解决措施并讨论了其应用效果,为后续在类似典型地层中的盾构施工提供参考和借鉴。

类椭圆定子模芯加工刀具设计及优化

针对类椭圆螺杆泵定子结构复杂、加工难度大、成本高等问题,通过研究定子模芯螺旋曲面的特性,确定加工定子模芯所需刀片形状为菱形。首先,根据不同导程的定子模芯最小曲率半径变化规律,确定菱形刀片刀尖圆弧半径的选择范围。分析了刀具加工定子模芯的误差,优选出刀盘直径;其次,通过建立刀具加工定子模芯切削过程的有限元模型,分析了加工过程中工件的应力变化情况和刀具的反作用力随时间变化规律;最后,优选出刀具的前角值为8°,后角值为15°,并验证优选出的刀具是合理的,为类椭圆螺杆泵定子模芯及其他复杂曲面的加工刀具设计和优化提供了参考。

考虑机床几何误差的球头刀三坐标NC铣削刀位控制

机床的各种误差是影响机床加工精度的重要因素,其中机床几何误差是主要的误差来源之一。为消除机床几何误差对加工精度的影响,以球头刀三坐标数控(numerical control,NC)铣削加工为研究背景,基于齐次坐标变换理论与刚体运动学方法,结合机床运动链拓扑结构分析,将机床几何误差映射到球头刀刀心的位置误差上。根据球头刀铣削工件表面成形原理,考虑机床几何误差与球头刀刀心位置间的映射关系,构建出刀心曲面与工件表面/设计曲面之间的正逆向计算模型。通过该模型求解出消除机床几何误差的编程刀心曲面,将该曲面导入CAM软件,即可获得消除机床几何误差的NC加工程序。通过曲面实例进行计算和仿真,佐证了该方法的可行性。

基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测

为了实现数控机床加工过程中刀具磨损状态的在线预测,提高数控机床智能化水平,提出一种基于主轴电流和振动信号的数控机床刀具磨损在线预测方法。这一在线预测方法采集能够反映刀具磨损状态的主轴电流和振动信号,对信号进行频域、时频分析处理,采用小波包分解和经验模态分解两种方法进行特征提取,得到与刀具磨损状态变化密切相关的特征值,按照递增或递减趋势进行保序回归操作,使用指数平滑方法进行平滑处理,由此建立基于遗传算法参数寻优的支持向量回归模型,用于预测刀具磨损量。试验及应用表明,应用这一在线预测方法,刀具磨损预测的平均误差在25μm以内,满足企业加工要求。

基于DEFORM软件的刀具磨损对切削力与切削热的影响研究

基于DEFORM 2D/3D软件,通过硬质合金平头倒角立铣刀进行高速铣削AISI4340合金钢的仿真实验,在主轴转速1270r/min、进给速度104m/min、切削深度0.1mm的参数下,利用刀具的几何磨损模型和仿真模型模拟了不同刀具磨损类型对切削力与切削热的影响以及刀具二次磨损的主要位置。研究发现,刃口钝化对切削力的影响最大,其次为前后刀面磨损、后刀面磨损和前刀面磨损;后刀面磨损对切削热影响最大,其次为前后刀面磨损、刃口钝化和前刀面磨损。本研究促进了刀具的结构设计的发展和加工工艺的更优选择。

大型风电传动齿轮成形铣削刀具刃形曲线设计

基于成形原理加工齿轮廓形的盘铣刀是生产大型风电传动齿轮的必备刀具。然而,受加工原理误差影响,传统齿轮盘铣刀只能针对特定模数和齿数齿轮进行加工,刀具通用性差。传统刀具廓形不能够保证被加工齿轮的加工精度与使用寿命,无法最大程度发挥成形铣削的原理优势。基于此建立了齿轮渐开线实际廓形曲线数学模型,分析了共轭齿条顶角相对运动轨迹,建立了齿根过渡曲线方程,依据齿根过渡圆弧空间相对位置,重构了不同形式齿廓曲线的设计方式;基于逆向投影法,以被加工齿轮的各项参数为变量,建立了刀片刃形曲线数学模型,根据刀片空间包络原理,重构了可转位齿轮盘铣刀廓形曲线设计方式;进行了齿轮齿廓及刀片刃形曲线数值分析,研究了大型风电传动齿轮齿廓曲线以及可转位齿轮盘铣刀刀片刃形曲线的主要形式,研究结果为大型齿轮廓形成型加工提供技术支持。

基于数字孪生的铣刀状态实时监控

针对机械加工过程中面临的制造过程不稳定、数据时效性差、实时监控可视化效果弱等问题,本着“虚实结合、以虚控实”的总体思想,提出基于数字孪生的铣刀状态实时监控方法,构建了物理空间和虚拟空间共生互控的数字孪生体。首先,搭建了基于数字孪生五维模型的铣刀状态监控系统结构模型,明确了五层系统架构的组成部分;其次,分别阐述了实现孪生系统框架的3个关键技术,即数控机床的数字空间搭建、多源异构数据的传输及管理、数字孪生驱动的铣刀状态监测;最后,以某薄壁件铣削加工过程为应用案例,验证了该监控方法的可行性与有效性,并为全面管控高档数控机床加工过程提供了一种新途径和新思路。

超细刀具的齿槽加工方法

在一些超细刀具的制造过程中,产品报废率极高。若在刀具进行热处理之前进行齿槽加工,热处理之后往往会产生严重变形且无法校正,从而造成报废;热处理之后进行齿槽加工极易造成刀具退火,导致硬度降低,严重影响刀具的使用性能。通过分析该类刀具的特点,结合目前的设备加工能力,采用带有强冷的设备,通过设计一套工装来实现该类刀具的加工,不仅大幅提高了生产效率,刀具质量也得到了保证。

川东北沙溪庙组硬质砂岩地层斧形PDC齿设计及破岩性能

斧形PDC齿因其独特的齿形结构而具有优越的破岩性能,但对斧形PDC齿破岩性能与其齿刃角优化设计研究尚不明确。建立了切削齿切削与压入破岩结合的岩石破碎综合比能评价方法,利用破岩仿真模型,开展了斧形PDC齿齿刃角优化研究,并对优化后斧形PDC齿进行了破岩性能仿真。研究结果表明,随齿刃角逐渐增大,斧形PDC齿的岩石破碎综合比能呈“N”型变化趋势,齿刃角为130°的斧形PDC齿在硬质砂岩具有优异的破岩性能,其切削力较常规PDC齿降低了35%,切削破岩比能、压入破岩比能和岩石破碎综合比能分别较常规PDC齿降低20%、5.9%和10.5%。室内破岩试验表明斧形齿较常规齿切削破岩比能降低了35.2%,攻入性更强。该研究为川东北沙溪庙组硬质砂岩的个性化PDC钻头设计提供了理论基础。

复杂地层小曲线半径长距离TBM可靠性选型关键技术研究

随着国家抽水蓄能项目的大力发展,越来越多的抽水蓄能项目发展开来,并且随着我国机械化作业的改革,越来越多的隧道采用硬岩掘进机进行施工作业,而且抽蓄工程排水廊道隧洞具有长距离、超小曲线R=30 m、小断面等难点,对设备选型关键技术要求非常高,通过对TBM设备的刀盘刀具、盾体设计、出渣皮带机配置、隧道除尘降温成套技术进行研究,解决设备使用关键性难题,并成功应用于浙江衢江抽水蓄能项目、山西垣曲二期抽水蓄能电站地质勘探平洞项目。

基于接触区域的球头刀五轴加工无颤振刀具姿态研究

为解决球头刀五轴铣削过程中接触区域获取困难和难以调整主轴转速实现稳定性铣削的问题,提出一种基于接触区域的姿态稳定性图获取方法。首先,建立了考虑刀具姿态与螺旋角影响的动态切削力模型。通过NX二次开发提取刀具与工件接触区域的初始数据,并采用一种坐标变换法获得不同刀具姿态下的接触区域。然后,使用全离散法构建姿态稳定性图判断了在不同刀具姿态下的铣削稳定性。最后,通过实验案例在五轴加工中心中进行球头刀铣削实验,验证了所提方法的有效性与可行性。现场加工表明,实验结果与预测值吻合良好。