金刚石车刀前角与切削刃钝圆半径对单晶硅加工表层质量的影响

在对单晶硅的超精密切削加工中,为了优化金刚石刀具参数以利于实现其塑性域切削,运用线弹性断裂力学和有限元法对在不同的刀具前角和切削刃钝圆半径下切削区域的应力场分布和微裂纹扩展规律进行了计算仿真研究,并在此基础上进行了单晶硅的金刚石切削试验以验证仿真分析。结果表明,采用前角范围为-15°～-25°的车刀进行切削有利于抑制原子级尺寸裂纹初步扩展成微裂纹,因此可以提高加工时的脆塑转变临界切深值,有利于实现塑性域切削;而且,切削刃钝圆半径越小加工时的微裂纹就越不易扩展,因此也就容易实现单晶硅的塑性域车削,得到高质量的金刚石切削加工表面。

刀具切削刃钝圆半径的图像测量法

为提高刀具切削刃钝圆半径的测量精度,提出了改进的边缘检测和刃口曲线计算方法,并用于三角形铣刀片的测量。在方向导数和梯度理论基础上改进现有边缘检测方法。首先定义包含边缘的感兴趣区域(Region of Interest,ROI),再以ROI边界像素的法线方向近似此法线方向上各像素的梯度方向。沿近似的梯度方向拟合灰度曲线并计算一阶导数极大值点,从而精确定位边缘点。参考刀具精确设计理论,以直线段和圆弧段刃口曲线相切作为约束条件,拟合圆弧段刃口曲线。结果表明,不加约束的切削刃钝圆半径测量误差为7%,加入约束的测量误差为0.5%。改进的刀具测量方法能准确定位边缘点,也能显著提高切削刃钝圆半径的测量精度。

切削刃钝圆半径对切屑分离过程影响的有限元分析

根据材料流动方向获得判断工件切削表层是否形成切屑的方法,在考虑切削刃钝圆半径、材料流动性等影响基础上,运用ALE方法,建立二维正交切削有限元模型,研究了切削刃钝圆半径对切屑形成过程的影响。发现切削进入稳定阶段后,材料表层的位移矢量会出现明显的分化,由分化的方向可以确定出分流点的位置;随着切削刃钝圆半径的减小,刀具的犁耕作用越来越明显;在达到最小切削厚度后,切屑并不会在切削一开始就形成,而需要经过一个短暂的材料堆积过程,堆积的高度与分流点高度相关。

切削刃钝圆半径对微切削过程的影响

基于有限元法对切削刃钝圆半径在微切削中产生的影响进行了研究。研究结果表明:较大的切削刃钝圆半径无法加工出微结构中比较尖锐的棱角结构;切削刃钝圆半径形成尺寸效应,并引起有效切削前角的变化;将三维切削仿真转化为二维切削仿真,可有效提高仿真效率;利用有限元仿真可获得最小切削厚度与切削刃钝圆半径的数值关系。

微铣削加工刀具刃口半径影响的有限元模拟

为了分析合金钢40CrNiMoA微铣削过程中刀具刃口半径对工件受力情况的影响,采用Johnson-Cook材料模型和断裂失效模型作为工件材料模型和失效准则,采用热力耦合平面应变杂交单元并使用自适应网格技术进行网格划分,刀具与工件间的摩擦采用修正的库仑定律,进行微细铣削加工非线性弹塑性有限元模拟。通过有限元分析,得到了在相同切削速度和每齿进给量条件下,不同刃口半径下的Mises应力、最大剪应力及静水压应力的分布情况,并对结果进行了比较分析;同时讨论了实际负前角,为实际加工提供了依据。

刀具切削刃钝圆半径对微细切削尺度效应的影响

针对微细切削加工中存在的尺度效应,研究了微细切削加工中尺度效应产生的机理,通过建立微细切削加工有限元模型,模拟并分析了微细切削加工过程的尺度效应,揭示了切削刃钝圆半径引起尺度效应的内在作用机理。

刀具切削刃钝圆对微细切削加工尺寸效应影响的有限元模拟研究

为了研究刀具切削刃钝圆对微细切削加工尺寸效应的影响,运用商业有限元分析软件ABAQUS/Explicit,对考虑切削刃钝圆半径的二维正交切削加工过程进行了热力耦合有限元模拟,阐明了切削刃钝圆引起微细切削加工尺寸效应的内在原因。结果表明,切削刃钝圆是引起微细切削加工尺寸效应的原因之一。在小切深加工条件下,切削刃钝圆改变了有效前角的大小,增强了犁切效应;影响材料变形过程,扩展和拓宽了塑性剪切变形区的大小;增加了刀屑接触长度,引起了较高的能量损耗。

刀具几何参数对切削加工过程的影响

运用商业非线性有限元软件MARC,对金属切削加工过程进行了弹塑性热力耦合模拟,分析了不同刀具前角、切削刃钝圆半径在切削加工过程中对切削力、切削温度、工件残余应力及残余变形量的影响。

金刚石刀具超精密切削加工技术及应用

前言就机械制造业目前现状而言,一般把按照超稳定、超微量切除等原则实现的加工尺寸误差和形状误差在0.1μm以下的加工技术称为超精密加工技术。金刚石刀具不但有很高的高温强度和高温硬度(10000HV),

微铣削加工机理研究新进展

微铣削加工技术在制造航空航天等领域所用的三维复杂微结构零件方面具有明显优势,而微铣削在加工机理、对表面质量要求等诸多方面都与常规铣削有着明显不同,因此非常有必要对微铣削加工机理进行研究。主要从切削刃钝圆半径引起的尺寸效应机制、刀具径跳对微铣削加工的影响机理、加工中毛刺形成机理以及加工中表面形成机理这四个方面对微铣削加工机理进行综述,介绍每个方面相对于常规铣削的不同,并重点分析切削刃钝圆半径的尺寸效应和微刀具径跳的产生原因、危害及研究现状,以及从仿真和试验两个方面对微铣削中毛刺形成过程和表面形成过程进行总结,对影响因素进行分析,并提出抑制毛刺的一些方法。探讨微铣削加工机理研究仍需注重解决的问题,为其后续发展方向提出一些建议。

微细铣削表面粗糙度实验研究

为优化加工参数,提高微铣削的加工效率和加工精度,在自行研制的三轴联动微细铣削机床上,选取典型微三维零件特征进行铣削特性实验,对微细铣削表面粗糙度进行测量和分析。深入研究了切削速度、轴向切深、每齿进给量以及刀具切削刃钝圆半径等因素对表面粗糙度的影响规律。结果表明,每齿进给量和刀具切削刃钝圆半径对表面粗糙度影响显著。为了减小表面粗糙度,应尽量选用切削刃钝圆半径较小的刀具,以及通过刀具和工件材料性能的变化或切削条件的改变以减小切削时的最小切削厚度。

刀具几何参数对残余应力的影响分析

利用有限元法分析了残余应力与刀具前角和切削刃钝圆半径的关系。结果表明:在前角一定变化范围内,随着前角的增加,工件表面产生的残余拉应力的值先增大后减小,残余拉应力层的厚度与刀具前角关系不明显;残余应力随着切削刃钝圆半径增大而减小,但残余应力层的厚度增大。

微细铣削过程中三维铣削力预测模型研究

微细铣削加工技术在微小型精密零件加工中有着广泛的应用。微细铣削加工采用的刀具直径范围在0.1～1.0mm之间,加工中刀具实际作用前角不恒等于名义前角,导致现有铣削力模型预测精度低。文章讨论了刀具切削刃刃口圆弧半径对刀具实际作用前角的影响;基于对前刀面的受力分析,提出了一种精确预测微细铣削过程三维铣削力的建模方法;该方法从刀具变形对刀齿切削路径影响的几何关系出发,建立了刀具在任意旋转角所受的三维铣削力预测模型,并构造了瞬时未变形切削厚度的计算方法;提出了以Weibull方程的形式来表示瞬时切削力系数与瞬时未变形切削厚度之间的关系,建立了切屑流动角与刀具切削位置角的关系式。与文献已有切削试验结果对比表明,文章的铣削力预测值与实验值能够较好地吻合,预测的切削力相对误差集中在4%-9%之间。

微切削与传统切削机理对比分析

现代产品的多样化和微型化的发展趋势对制造技术提出了越来越高的要求,新工程材料的投入使用使切削技术作为制造技术的主要工艺面临越来越多的挑战。本文首先给出了微切削与传统切削的区分标准,然后通过对微切削与传统切削的机理(切削力、刀具磨损以及切屑的形成)进行对比研究,发现微切削不但服从于传统切削的一般规律,并且由于切削刃钝圆半径对切削过程有很大影响,微切削还有自身的特殊规律。