秸秆微粉碎刀具结构设计与粉碎性能数值模拟

为提高秸秆微粉碎的碎裂率以及粒度均匀性和稳定性,文章针对秸秆物性提出了动、定刀冲击和剪切的复合粉碎方式,设计了一种弧形锯齿刃粉碎刀具。通过对秸秆粉碎过程中受到的剪切、冲击作用进行力学和动力学分析,明确了影响秸秆粉碎性能的主要因素及碎裂方式。基于EDEM数值模拟,对比分析了锯齿刃型和光刃型刀具对秸秆粉碎性能的影响,模拟结果表明:在粉碎含水率为20%的玉米秸秆时,相较于光刃型刀具,锯齿刃型刀具的颗粒粘结键数量减少了16.76%、颗粒运动速度提高了15.9%、颗粒总能量增大了25.05%、对粉碎室壁的冲击力减小了33.69%,工作状态更加平稳,能耗更低。

锯片铣刀V形微刃磨削修整及微沟槽铣削试验研究

针对尺度较大的微沟槽阵列结构加工成本高、效率低的问题,提出数控对磨修整的方法,在三轴加工中心上利用金刚石油石将锯片铣刀刃口区域修整出V形微刃,并使用修整后的锯片铣刀对铝合金材料进行角度120°、深度160μm的微沟槽阵列铣削试验。试验结果表明:修整后的锯片铣刀V形微刃两侧刃口规则整齐,锯片铣刀铣削后的微沟槽角度误差平均值为1.2°,沟槽深度误差为1.5μm,说明对锯片铣刀修整后进行V形微沟槽铣削的加工方法可行。

基于MD模拟的低能FIB辐照金刚石靶材亚表层损伤形成机理研究

聚焦离子束(focused Ion beam,FIB)作为一种用于金刚石微铣刀的特种加工方式,其引发的损伤程度直接关联到刀具的加工性能和寿命。课题组采用LAMMPS软件进行分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟,结合SRIM软件的分析结果,探究单晶金刚石亚表层损伤的形成机理和入射离子能量对损伤深度和范围的影响。模拟结果表明:随着入射离子能量的提升,离子束在材料内的渗透深度及引起的非晶层和点缺陷损伤均有所增加;进一步的研究发现损伤形成过程中材料局部温度的上升可能诱发自退火现象,且与离子入射能量成正比,该现象对于理解聚焦离子束加工引起的损伤有着至关重要的意义;而势能的变化与损伤形成之间的显著对应关系揭示了第一邻近原子的势能明显高于第二邻近原子,进而高于Other类型原子,这一发现有助于深入理解损伤形成的微观过程。因此,精确控制入射能量是实现金刚石材料高精度聚焦离子束加工的关键,且对自退火效应和势能变化的研究对损伤监控与控制同样重要。

考虑刀具尺寸效应和刀具跳动的球头铣刀五轴微细铣削力预测

五轴微细铣削技术广泛应用于微小型零件的精密加工过程。铣削力作为加工过程中最重要的参数之一,直接影响零件的加工精度、刀具磨损和加工过程中的振动等。在球头铣刀五轴微细铣削过程中,刀—工接触几何CWE(Cutter Workpiece Engagement)及未变形切屑厚度瞬态变化,使其求解过程变得复杂和困难。综合考虑不同前倾、侧倾角度下的刀—工接触几何,推导出考虑最小切屑厚度、刀具跳动和工件材料弹性恢复的未变形切屑厚度数学表达式,建立了五轴微细铣削力的预测模型,获得铣削力的仿真结果。进行五轴微细铣削实验获得实测铣削力,并与预测铣削力进行比较,结果表明,铣削力预测值与实测值误差均在20%以内,验证了铣削力预测模型的有效性。

微细铣削加工刀具磨损数值模拟的研究

采用商业有限元DEFORM-3D软件,建立了三维微细铣削加工模型,利用该模型动态模拟了硬质合金微径铣刀铣削加工2A12工件时刀具的磨损变化形态。结果表明,与常规刀具磨损形态不同,微径铣刀的磨损主要发生在刀尖处,后刀面磨损形态为近似三角形。针对这一特点,提出利用后刀面刀尖处的最大磨损高度hmax判断微径铣刀磨损量的方法,研究铣削方式对刀具磨损量影响的变化规律。仿真结果可用于预测刀具磨损变化规律,为微细铣削加工参数的优化、微径铣刀的合理选用、设计及进一步有效控制刀具磨损提供研究手段。

微细加工铣床研制及其铣刀的力学特性分析

研制了一台由直线电机运动平台、高速空气静压电主轴和DMC-1842运动控制卡组成的三轴联动微细铣削机床。开发了可编辑和执行G代码程序的数控系统,并利用有限元法对微细铣刀的力学特性进行分析。通过模态与静力学分析,研究微细铣刀的固有频率和振型,探讨刀具的悬伸长度对加工过程中刀具振动的影响,以及微细铣刀的应力和变形特点。

激光加工表面微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响

目的优选陶瓷刀具表面微织构形貌,以获得减摩性能较好的微织构。方法采用摩擦磨损实验,单因素研究微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响。测定不同形貌织构刀具的表面摩擦系数,对比其表面磨损形貌,并通过有限元分析软件ABAQUS对微织构表面摩擦过程进行有限元仿真分析,研究不同织构对刀具应力分布的影响。结果在载荷90 N、转速300 r/min、时间30 min的条件下进行摩擦磨损实验,无织构刀具表面摩擦系数约为0.42;放射状微织构刀具的微织构方向与对磨副运动方向垂直,其摩擦系数最低,约为0.35。有限元仿真分析表明,无织构刀具应力集中出现在对磨副与刀具接触的前沿,约16.68~18.19 MPa,应力集中容易引起局部磨损;微织构方向与速度方向垂直时,等效应力值约为21.96~31.37 MPa,应力分布更为均匀,应力较大值分布在微织构沟槽的两侧,刀具更耐磨。结论相比于无织构刀具,加工微织构会使得刀具表面摩擦系数降低,耐磨损性能提高,应力分布更为均匀。

基于ANSYS的不同悬伸量微型铣刀有限元模态分析

微型铣刀在微铣削加工中由于悬伸量的不同会导致刀具寿命和加工表面质量存在明显差异。主要是由于不同悬伸量导致微型铣刀的振动模态和频率分布是不同的。为了研究悬伸量对微型铣刀振动模态和频率分布的影响规律,对不同悬伸量微型铣刀的固有频率、振型及变化规律进行了研究。利用ANSYS建立了微铣刀有限元模型,采用自由网格划分,通过合理地设置网格划分的疏密程度,确保有限元模型的合理性。分析了四种不同悬伸量微型铣刀的前6阶固有频率和模态振型。所作研究可为切削速度的选择提供参考。

微铣刀几何结构优化设计研究

针对微细铣削加工过程的特点,建立了微铣刀数学模型,通过理论分析和仿真试验等多种手段深入开展微铣削力学分析,深入研究了直径在0.5mm以下微铣刀的几何结构,结果表明传统螺旋结构微铣刀的刚度、强度非常低,在加工中容易弯曲和断裂;而采用锥体三角形等简化几何结构的微铣刀,可获得更高的刚度和强度,更有利于微铣刀制作及刀具寿命的提高。

微细干车削硬铝合金LY12的表面粗糙度研究

采用YG类细晶粒硬质合金刀具和PCD刀具对硬铝合金LY12进行了微细干切削试验,通过单因素切削试验研究了不同刀具材料、刀具前角、刀尖圆弧半径对表面粗糙度的影响。结果表明,在微细干切削条件(v=12.6m/min,αp=0.02mm,f=0.004～0.01mm/r)下,采用PCD刀具可获得Ra0.112～0.30μm的光洁表面;采用大前角、大刀尖圆弧半径的PCD刀具,可获得最好的加工表面粗糙度。

微细铣削航空铝合金温度场试验研究

采用红外热像仪测量微细铣削加工航空铝合金材料中的切削温度。分析微刀具、工件及切屑的温度场分布规律;研究进给速度、主轴转速、背吃刀量对切削温度的影响。研究结果表明微细铣削加工中切削温度较低,最高切削温度出现在微刀具与工件的接触区域。进给速度对切削温度影响较大。该试验结果可用于微细铣削加工参数优化,也可为提高工件表面加工质量、合理设计与使用刀具提供理论依据。

小直径球头铣刀铣削淬硬钢的试验研究

通过采用直径为 1 5mm的TiAlCN涂层硬质合金球头铣刀对S136淬硬模具钢进行中高速干式切削实验 ,分析了淬硬钢铣削时切削速度、进给速度和切削深度对切削力的影响规律 ,分析了不同切削用量对铣削过程的振动和噪声的影响 。

微细铣刀几何参数对TC4合金加工影响的仿真分析

在微细铣削过程中,刀具前角、刀尖圆弧半径等几何参数的选择与铣削力有着密切的关系,不仅会影响刀具的使用寿命,还会影响铣削过程的稳定性以及工件已加工表面质量。文章针对直径为0.1mm的双刃微细立铣刀展开研究,利用AdvantEdge有限元软件分析不同刀具结构参数铣削钛合金TC4对铣削力、铣削温度的影响规律,并设计正交试验求得三种因素的最优组合,并基于响应曲面法求得微细铣刀几何参数交互影响规律。结果表明:对铣削力造成影响的因素主次顺序为刀尖圆弧半径、径向前角、螺旋角;最小铣削力出现在"小径向前角+小刀尖圆弧半径+大螺旋角"区域。

超精密车削时切屑形成及表面微观形貌形成机理的研究

在亚微米级CNC超精密车床上进行了单晶金刚石刀具切削试验 ,根据试验结果分析了切屑形成机理和最小切削厚度与表面粗糙度之间的关系 ,建立了加工表面微观形貌的几何模型。研究结果表明 :通过计算最小切削厚度值可预测金刚石车削加工可获得的表面粗糙度值。

CVD金刚石刀具的微细铣削仿真及试验研究

为研究切削参数对CVD金刚石微铣刀切削性能的影响,运用扩展有限元法对CVD金刚石微刀具的铣削加工和刀具损伤应力进行仿真模拟,研究了铣削加工后工件的表面粗糙度随切削参数的变化规律,分析了切削参数对微铣刀失效的影响,并通过试验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明:在CVD金刚石微铣刀加工TC4钛合金时,铣削深度和每齿进给量的增加不利于工件加工质量的改善;铣削速度增加对工件加工表面粗糙度影响较小;铣削深度是影响刀具失效的主要因素,铣削速度和每齿进给量是影响刀具失效的次要因素。

65Mn钢等通道转角挤压微观组织与显微硬度分析

65Mn钢是制造农机具刀具的理想材料。从ECAP成形原理入手,探究了ECAP成形细化65Mn钢晶粒的机理,阐述了材料微观组织演变的控制原理。研究表明:热挤压后合金发生大塑性变形,晶粒结构变化,晶粒明显细化;65Mn钢试样ECAP挤压后硬度提高到380 HV,相比于挤压前硬度305 HV提高了25%。试验结果可以为秸秆粉碎机械、土壤耕整机械以及谷物收获机械的设计和开发提供依据。

微细加工中刀具姿态调整技术

刀具的姿态调整是确保微细切削成功实施的重要环节。本文以微细车削刀具姿态微调为目标,提出了基于图像处理的刀具在线检测方法和采用斜楔机构的刀具姿态微调技术方案。

低速WEDM制备的微织构螺旋微铣刀的铣削实验研究

基于五轴低速走丝电火花线切割机床与回转机构相结合的加工方法,制备了后刀面具有微织构的螺旋微铣刀.建立了微织构螺旋微铣刀微刃单元的切削力理论模型,并开展微织构微铣刀与常规微铣刀的对比实验研究.结果表明:微织构螺旋微铣刀的切削力相对于常规刀具降低了30%~40%,相同加工条件下,微织构螺旋微铣刀所加工的表面粗糙度降低至0.745μm,而常规微铣刀所加工的表面粗糙度为1.130μm.

微细结构车削技术

通过加工实例,介绍了零件内孔中由微细直槽和曲线沟槽组成的微细结构的数控车削加工方法,分析了加工效果及微细切削加工的一些技术难题。

整体式螺旋微径刀具的应用研究进展

微细铣削是可以实现复杂3D零件加工的制造技术,整体式螺旋微径铣刀是微细切削中最活跃的因素。以直径0.5mm以下的整体式螺旋微径铣刀为研究对象,介绍其基体材料、涂层材料及其应用,并且分析其结构参数对铣削过程的影响。