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。

不同刀具钝化方法加工硬质合金立铣刀刃口的对比试验研究

为改善刀具性能、提升加工质量,采用旋转磨粒流对刀具钝化。通过对比立式旋转钝化法和旋转磨粒流钝化法钝化硬质合金立铣刀的效果,研究刀具刃口变化规律。试验结果表明:未钝化的刀具刃口半径值最小,且存在很多缺陷,刃型呈尖锐形;立式旋转钝化法得到的刃口半径值变化较小,但刀具刃口缺陷仍然存在,刃型呈不均匀的钝圆形;旋转磨粒流钝化法处理后的刃口半径值变化最大,去除了部分刃口缺陷,刃型呈均匀的钝圆形。旋转磨粒流钝化法不仅可以更好地去除刀具刃口的表面缺陷,同时有着更高的钝化效率以及刃口半径变化率,可以显著提高刀具性能,降低刀具磨损并改善加工质量。

硬质合金铣刀刃口优化及切削寿命研究

刀具切削寿命是高端制造领域中重要的评价环节,能够直接影响切削效率与企业效益。刀具的宏观几何结构是影响刀具切削寿命的重要因素之一,而刀具微刃口作为工件与刀具的直接接触区域,其刃型结构也是影响刀具寿命的关键因素。本文通过立式旋转钝化法制备了具有对称型与非对称型微刃几何的硬质合金铣刀,并通过AISI1045钢铣削实验进行对比分析,研究了不同微刃结构对铣刀寿命的影响,实现了刀具微刃结构的优化设计。实验结果表明:经钝化处理的微刃表面形貌质量得到显著提升,前后刀面钝化速率的差值是形成不同微刃结构的关键因素,不同微刃结构下的后刀面磨损以沟纹磨损为主,优化后的铣刀能够有效抑制刀具崩刃,减缓刀具磨损速率,形状因子K=0.5、钝圆半径R=11μm的优化方案寿命提升最为明显,增益高达25%。

基于TOPSIS-灰色关联法的负倒棱刃口几何参数优化

在重型切削中需优化刀具负倒棱结构,以提高刀具寿命,提出了TOPSIS与灰色关联相结合的刃口参数优化方法。基于层次分析法和熵权法构建组合权重,确定各评价指标的加权因子;通过TOPSIS法计算其Euclid距离,并根据灰色关联分析计算各备选方案到正、负理想解的灰色关联度,获得关于Euclid距离和灰色关联度的综合相对接近度;分析各参数各水平对排序结果的影响程度,确定最优的负倒棱刃口参数组合;通过优化刀具的有限元仿真分析,验证该方法对刀具刃口优化设计的有效性。

刀具刃口精化和强化技术研究

论述了刀具精化和强化的多种工艺方法,认为刀具精化和强化对机械加工节能降耗及减碳相关,针对刀具刃口精化强化短板,探讨了绿色先进切削刀具的研发方法。

45#钢断续重载车削刃口钝化及其工艺研究

在碳素钢生产过程中,断续重载车削加工比重不断提高,刀片钝化的质量和稳定性对刀具的寿命和工件表面质量的影响重大。文章通过45#钢的断续加工车削试验,从刀具使用寿命和工件表面粗糙度两方面判定车刀片刃口钝化值的加工性能,试验结果表明:刃口半径50μm是断续重载车削加工的最佳钝化值。根据切削力分析车削切削用量的使用原则,提高加工效率;通过刃口钝化工艺及刃口半径的波动性确定钝化时间,保证车刀片切削性能的稳定性。

刃口钝化对立铣刀侧铣15-5PH性能影响的研究

为研究不同刃口钝圆半径对立铣刀侧铣加工不锈钢15-5PH的性能影响,文章通过采用AdvantEdge仿真技术,模拟实际加工中刃口半径对切削热与径向切削力的响应,并以此得到刃口钝圆最佳的半径范围。以后刀面磨损宽度为检测标准,通过侧铣对比试验可知:随着刃口钝圆半径的增加,刀具寿命呈现先增大后减小的趋势,刃口钝圆半径为8μm时刀具寿命最长,与仿真结果相吻合。该研究可为刀具设计与优化提供数据支撑。

冲头刃口形状对冲裁的影响研究

目的研究不同冲头刃口形状对冲裁变形过程和冲头磨损情况的影响。方法采用有限元方法和实验分析了相同工况下平冲头、台阶状冲头和屋顶状冲头对坯料冲断行为的影响,以及不同刃口形状的冲头在冲裁后的磨损情况。结果冲头结构的改变使冲裁过程发生了变化,影响了冲裁时坯料内部的应力–应变分布、峰值冲裁力、裂纹扩展速度、弹性应变能和冲头单次磨损深度。屋顶状冲头在冲裁时峰值冲裁力最低,较平冲头与台阶状冲头的峰值冲裁力分别降低了15%、10%,坯料最早起裂,也最快完成断裂,坯料的高应力区域集中在凹模刃口,且该冲头冲裁时坯料内储存的弹性应变能最多,冲头工作区的单次磨损深度最小,较平冲头与台阶状冲头的单次磨损深度分别降低了84%、80%。结论屋顶状冲头使坯料在断裂前发生了更大的拉伸变形,储存了更多的弹性应变能,坯料在拉伸状态下发生了剪切变形,冲裁力更小,高应力分布的改变降低了冲裁时坯料对冲头侧面的压力,冲断后的坯料发生弹性恢复,可防止冲头回程时坯料抱紧冲头造成的二次磨损。

刀具非对称刃口简化模型对切削力影响的研究

目前针对刀具非对称刃口的切削力理论模型甚少,其主要原因在于以往的复杂刃口形貌表征方法无法采用现有的理论进行切削力分析。对此,这里首先在形状因子对刀具刃口对称性描述的基础上对非对称刃口形貌进行表征,其次针对由刀具刃口作用产生的犁耕力,提出刃口简化模型,以简化犁耕力的分析,最后采用有限元仿真与铣削实验对所提出的刃口表征与简化模型进行铣削力验证,结果显示切削力误差较小,从而验证了所提方法的合理性。研究成果对于切削力理论模型的发展具有重要意义。

刀具刃口半径对超声振动辅助车削影响研究

基于商业有限元软件Deform2D,以航空Al6061为研究材料,采用J-C本构模型,建立超声振动辅助车削有限元模型,分析刀具刃口半径改变时等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。研究结果表明,刀具刃口半径的变化对最大等效应变、最大等效应变率的影响最大,对最高温度的影响次之,对最高等效应力的影响最小;超声振动辅助车削过程中,由于X方向为切削方向,故X方向的平均切削力比Y方向的平均切削力要大得多,且随着刀具刃口半径的增大而先增大、后减小,而Y方向的平均切削力由于Y向振动的影响,无特定变化规律。

刃口钝化方法对刀具磨损的影响研究

刀具钝化可去除刃口的微观缺陷,对降低刀具磨损有着重要作用。本文对硬质合金立铣刀分别进行磁弹磨粒双磁盘磁力钝化和分散磨粒立式钝化,结合TC4铣削实验,探究不同钝化方法对刀具刃口形貌和刀具磨损的影响。结果表明,在钝化实验中,硅胶磁弹磨粒钝化的刃口均匀性高于分散磨粒立式钝化,且前者的刃口粗糙度总体上要低于后者;在TC4铣削实验中,刀具钝化可以极大改善刃口磨损和崩刃现象,硅胶磁弹磨粒钝化刀具寿命提高了100%~366.67%,分散磨粒立式钝化刀具寿命提高了88.89%~277.78%。在形状因子K=0.9,0.97,1.02时,硅胶磁弹磨粒钝化的刀具寿命相对于分散磨粒立式钝化分别降低41.18%和提高5.88%,147.06%,总体上硅胶磁弹磨粒钝化的刀具寿命高于分散磨粒立式钝化。总体上表现出较小的K值具有更长的刀具寿命。

基于齿廓修形的大模数滚刀刃口曲线设计

针对大模数齿轮高阶修形齿廓的滚齿加工,不同的滚刀前角的滚刀刃口曲线不同,对齿轮的齿廓精度影响较大。根据滚齿加工的2自由度的齿面包络原理,计算了滚刀基蜗杆与齿面的滚切接触迹线,通过旋转投影,计算了不同前角的滚刀刃口曲线,对比了刃口曲线的形状和倾角随滚刀前角的变化情况,为滚刀刃口曲线的设计和检测提供了依据,并通过修形齿廓的滚切加工和齿廓检测验证了上述设计方法。

考虑铲钻刀具倒棱刃口几何参数的钻削力理论模型

为铲钻倒棱刃口的设计、开发和应用提供参考,建立考虑倒棱刃口几何参数的铲钻钻削力模型。基于正交切削理论,引入材料因刃口挤压产生形变的几何系数,建立倒棱刃口铲钻相对于主切削刃方向的切向力和法向力模型,根据铲钻切削刃的实际加工计算出铲钻的轴向力和扭矩。考虑分屑槽对铲钻钻削力的影响,使用变形系数代替剪切角和摩擦系数。采用有限元模拟铲钻钻削过程,进行铲钻的钻削力测试实验,得到铲钻的轴向力、扭矩,并将倒棱刃口铲钻的钻削力与锋利刃口的钻削力进行对比。研究结果表明:建立的钻削力理论公式适用于计算倒棱刃口铲钻轴向力和扭矩的计算,得到了倒棱刃口宽度和角度对铲钻钻削力的影响规律;设计铲钻刀具倒棱刃口时,铲钻刃口的倒棱宽度选择0.1 mm,倒棱角度选择10°或30°可以获得较低的钻削力。

斜刃刃口凸模对微冲裁过程的影响研究

微冲裁作为一种微成形加工方法,是利用微型凸模对板料中的一部分沿微型凹模的封闭曲线从整体中分离。针对细长形状零件冲裁过程中易出现凸模断裂的情况,研究凸模底部刃口形状对微冲裁过程的影响,通过实验采集的冲裁力和冲裁位移数据,建立了有限元仿真模型,优化设计凸模底部刃口形状,降低冲裁力的峰值,为凸模最优刃口的选择提供参考。基于微细电火花加工技术,在线制备出平刃凸模及底部斜刃高度为50μm的斜刃凸模,并在厚度为100μm的304不锈钢箔料上进行微冲裁实验,通过比较采集的实验与仿真数据,验证了模型的可行性,结果表明:采用斜刃刃口凸模可降低峰值冲裁力,获得成形质量较好的异形复杂截面形状的落料件。

钝化参数对刀具刃口形貌的影响

为了研究磁弹磨粒在双磁盘磁力钝化中对硬质合金刀具刃口形貌的影响,基于双磁盘磁力钝化设备,采用不同质量、不同粒径的磁弹磨粒和不同刀具转速进行钝化实验,针对在实验中所获得的刀具刃口参数,利用MATLAB软件建立数学模型对刀具刃口形貌进行仿真。实验表明,在磁弹磨粒填充量为20g、磁弹磨粒粒径为20目、刀具转速为40r/min时,对刀具刃口前刀面的钝化效果最好;磁弹磨粒填充量为20g、磁弹磨粒粒径为40目、刀具转速为40r/min时,对刀具刃口后刀面的钝化效果最好。

基于弹性喷砂的拉刀刃口钝化技术研究

为提升航空发动机榫槽的质量,从航空发动机用榫槽拉刀着手,利用弹性喷砂工艺,使用不同的弹性喷砂加工参数对航空发动机用榫槽拉刀进行弹性喷砂试验,以加工后拉刀刃口钝圆半径、刃口表面粗糙度、刃口形状为主要因素对弹性喷砂加工效果进行分析。结果表明,随着弹性喷砂的喷砂压强以及喷砂时间的增大,拉刀切削刃刃口钝圆半径逐渐变大,拉刀切削刃的表面粗糙度逐渐降低,并且通过控制喷砂角度能够改变拉刀刃口的形状,证明了弹性喷砂是一种有效的刃口处理方式,能够提高航空发动机用榫槽拉刀的刃口质量,改善航空发动机用榫槽拉刀的切削性能。

弹性磨粒喷砂刃口钝化工艺研究

利用含金刚石和碳化硅磨料的橡胶颗粒喷射刃口是硬质合金刀具刃口钝化的一种新工艺。对喷砂压强、喷砂时间和正反转时间比等参数对刃口钝化量的影响展开研究,结果表明,钝化时间在20s内,钝化半径随钝化时间呈线性增大;形状因子K受正反转时间比影响较大;喷砂钝化后刀具刃口附近表面质量明显提高,粗糙度值降低1/2;比较喷砂钝化和拖拽钝化后的铣刀加工1Cr18Ni9Ti的耐用度,相同切削条件下,后者的磨损量是前者的2倍。

可换式钻头刃口钝化对切削性能的影响实验研究

刃口钝化后的可换式钻头可提高钻削表面质量、钻削稳定性以及刀具寿命,故研究可换式钻头刃口钝化对钻削过程中的切削加工机理、切削参数优化和提高加工效率具有重要意义。利用抛光钝化机制备不同刃口钝化值的可换式钻尖,进而开展钻削实验,探究刃口钝化值、切削速度、进给量三个参数对切削力、表面质量以及钻尖使用寿命的影响规律;利用均值分析法,基于切削性能最优解给出优化切削参数组合。实验结果表明:进给量对轴向力和表面粗糙度的影响最大,刃口钝化对钻尖寿命的影响最大;基于轴向力的最优参数组合为刃口钝化值0.01mm、切削速度120m/min及进给量0.05mm/r,基于表面质量的最优参数组合为刃口钝化值0.03mm、切削速度100m/min及进给量0.05mm/r,基于钻尖寿命的最优参数组合为刃口钝化值0.03mm、切削速度100m/min及进给量0.15mm/r。

多级离心泵叶轮叶片刃口设计验证及应用

【目的】为了提高多级离心水泵的运行效率,提升国内水泵的竞争力。【方法】笔者通过创新和优化设计方法,参考国内外优秀水泵设计,在验证叶轮叶片刃口设计及应用的可行性过程中,开发阶段采用水力性能模拟软件及先进的3D打印技术,缩短产品的开发周期;工业化阶段针对刃口叶片的冲压成型问题,采取优选法进行可行性研究类比分析,运用工装定位的321法则解决双曲面叶片的激光焊接定位问题。【结果】水力模拟分析软件进行模拟水力测算,泵效率为82.4%;工业化改善刃口叶轮性能测试结果显示泵效率为82.97%。通过单因素变量测试对比分析可知,刃口叶轮泵效率提升1.53%,符合泵效率提升1%~3%的预期值。【结论】通过本次多级离心泵叶轮叶片刃口的设计开发、工业化及测试结果,该结构可明显提高水泵的使用效率,具有较高的实用价值。

圆弧刃口形状对麻花钻高速钻削性能的影响

刃口钝圆的微观形状会影响硬质合金麻花钻的高速切削性能。文章选用喇叭形及瀑布形两种圆弧刃口的硬质合金麻花钻,在相同条件下对45#钢进行高速钻削加工试验,对切屑形态、刀具寿命及刃口磨损形貌进行对比分析。结果显示:喇叭形圆弧刃口具有更小刀具前角及更大刃口强度,采用喇叭形刃口的麻花钻较瀑布形刃口麻花钻在刀具寿命、切削过程平稳性及断屑方面等都有更好的表现。