高速铣削过程铣削力建模及析因试验分析

相对于常规切削，高速铣削时切削力的变化更为复杂，研究高速铣削过程中切削力的变化有助于优化切削参数，对实际生产有着重要的指导意义。     

KDP晶体各向异性对划痕特性影响的实验研究

对KDP晶体二倍频晶面样品进行金刚石球形压头纳米划痕实验,划痕方向为0°、45°和90°,划痕长度为420μm,恒斜率载荷变化范围为0～150 mN,并利用扫描电子显微镜对划痕形貌进行观察.通过对划痕深度-距离曲线及划痕形貌进行分析,获取各划痕方向脆塑去除比例和脆塑转换位置.实验结果表明:0°、45°和90°方向脆塑转变位置分别为209.0μm、158.5 μm和112.6 μm,从而可知沿0°方向划痕的样品脆塑转变最晚,临界载荷最大,划痕脆性去除最少,是样品的最优加工方向.磨削加工验证实验结果显示,0°方向平均切削力及加工后表面粗糙度均最小,进一步证实其为KDP晶体二倍频表面最优加工方向.     

开式热沉内冷刀具的设计及其导热性能分析

车削加工温度对工件的表面加工质量和刀具的使用寿命具有重要影响. 设计了一种开式热沉内冷刀具，计算了在实际加工工艺参数下刀具受到的切削力和前刀面上的热流密度，分析了刀具的结构强度；建立了刀具热-流-固耦合温度场模型，探讨了热稳态条件下刀具的温度场分布，以及刀片冷却液流道内热沉数量对刀具导热性能的影响规律，比较了在相同热源条件下开式热沉内冷刀具与其他内冷刀具的导热性能. 结果表明:对于刀片材料为硬质合金YT5的刀具，在热流密度为10 W/mm2的条件下，内置6个热沉的设计方案可获得最佳冷却效果，刀具的最高切削温度控制为187.1 ℃；与其他内冷刀具相比，开式热沉内冷刀具的最高切削温度降低了12.1 ℃.      

基于单磨粒微米划刻的单晶硅精密切削机理研究

为了探究硅片器件精密磨削加工的切削特征与机理,运用三棱锥形状的金刚石磨粒以不同加载压力划刻单晶硅材料表面模拟磨削加工过程,分析了划痕形貌特征、切削力与切削深度的演变规律,阐释了单晶硅的微米级切削加工机理。单晶硅微破碎去除发生的临界条件为法向切削力80 mN,临界切削深度2.03 μm;剥落去除发生的临界条件为法向切削力800 mN,切削深度5.65 μm。切削深度、切削力比在不同切削机理条件下具备可区分的差异化特征。平均切削深度随加载压力的变化规律呈现出鲜明的自相似性特征。此外,还分别构建了塑性去除、微破碎去除、剥落去除三个阶段的切削力方程,更准确地描述了切削力与切削深度的密切关系。     

超声振动车削装置设计

在切削加工领域，提高加工精度方法很多，其中一个非常重要的研究方向在于努力减小切削过程中的切削力和切削热。超声振动切削技术在降低切削力和切削热方面有重要的作用，可以较好地解决难加工材料、难加工零件以及精密加工等方面的一些工艺问题。为了推广应用这项新技术，文章基于超声振动切削理论，设计了一套超声振动车削装置，为实现黑色金属薄壁零件的精密加工提供了新的途径。     

冷却润滑对纯铁车削刀具磨损的影响机理

合适的冷却润滑方式是改善切削摩擦,降低切削温度和切削力,提高刀具寿命的关键技术.采用干切、水冷、微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)以及菜籽油润滑等四种方式进行了不同工艺参数下纯铁材料的车削试验,研究了冷却润滑方式对纯铁车削刀具磨损的影响机理.结果表明:纯铁车削时刀具磨损形态以主、副切削刃处的沟槽磨损和后刀面磨损为主,前刀面上黏结有工件材料并形成积屑瘤;MQL条件下的刀具寿命最长,而水冷时最小;扩散磨损、氧化磨损和黏结磨损是纯铁车削刀具的主要磨损机理;四种冷却润滑方式下切削力、前刀面与切屑间平均摩擦系数和表面显微硬度的显著差异是造成刀具寿命明显不同的根本原因.     

海底天然气水合物绞吸式开采绞刀切削力特性

根据绞刀头结构和工作原理以及天然气水合物沉积物的物理特性，建立切削天然气水合物沉积物的有限元模型，运用ANSYS/LS-DYNA仿真软件和Drucker-Prager材料模型模拟绞刀切削海底天然气水合物沉积物的过程，分析绞刀切削过程沿水平、竖直和转轴方向的受力特点，仿真分析绞刀横移速率、转速、下放角和切削区间角对切削力的影响规律。结果表明，增大横移速率会导致绞刀三个方向受力明显增大；转速提高会降低绞刀三个方向的切削力，随着转速增加，绞刀切削力的减小趋于平缓；绞刀下放角的增大会使绞刀轴向受力急剧增加，影响采矿车工作平稳性；随着切削区间角的增大，绞刀X轴方向力先增大后减小，工作时采用较大的切削区间角，可提高切削效率和采矿车工作稳定性。     

深井/超深井开窗钻头切削齿切削力学分析

针对深井/超深井套管开窗侧钻的特殊性问题中所研究设计的双作用强侧切开窗钻头的结构特点,基于金属切削理论、开窗钻头与布齿规律,建立了开窗钻头切削齿切削力学模型,推导出开窗钻头的几何学方程,完成了切削齿切削力学模型的求解;最后使用本文研制的双作用强侧切开窗钻头进行套管开窗实验,对切削齿切削力学计算模型、仿真结果进行验证。结果表明:在开窗钻头切入套管的初始阶段,仿真计算得到的主切削力比实验所得数据略大,在中间阶段略小,到后期又略大;仿真计算结果能够准确地反映主切削力的变化规律,基本能满足工程应用的要求。本文研究结果为开窗钻头切削力的分析计算提供了理论依据,为深井/超深井套管开窗钻头的设计及切削力学研究提供参考。     

SiCp/Al复合材料切削仿真及实验研究

对SiCp/Al复合材料的颗粒和基体分别进行定义建立有限元仿真模型,使用ABAQUS有限元软件从微观角度分析了不同切削速度和切削深度对切削力的影响以及应力场分布情况,研究切屑的形成过程、基体和颗粒的内部应力分布、刀具和颗粒之间的相互作用以及简要分析了材料表面缺陷的成因,通过车削实验进行验证.研究表明:微观仿真模型中由于高硬度SiC颗粒的存在会产生大量的微裂纹以及单一小空洞和不连续空洞,形成表面缺陷,且剪切区域微裂纹的扩展是产生切屑的重要因素;通过对比,实验获得的切削力变化及其波动和形成机制与仿真结果一致.     

切削力建模方法综述

航空航天工程广泛采用薄壁复杂结构零件, 实现其高效精密数控加工关键技术具有重大的现 实意义. 传统的CAD/CAM软件在确定切削策略和规划刀位轨迹时, 一般仅基于零件的理想几 何形状. 由于切削力引起的刀具、零件显著的加工变形即``让刀'现象, 必然导致零件的实 际加工表面与理论值之间存在较大偏差. 工程师往往不得不通过选用比较保守的切削用量和 多次重复精加工过程来保证零件的加工精度. 为了能够从根本上解决这一问题, 很有必要通 过建立准确的切削力预报模型, 仿真切削加工的物理过程, 揭示工件和刀具的加工变形规律, 补偿原始数控刀具轨迹, 最终达到改善工件加工精度和提高加工效率的目的. 本文综述了各 种不同的切削力建模方法, 包括基于切屑形成机理的二维正交切削力模型、基于单位切削力 系数的铣削力模型、神经网络模型以及模糊灰色理论等. 目的是为实现薄壁复杂结构零件的 加工变形预测控制、关键工艺参数优化以及加工过程的物理仿真提供理论基础.