高速面铣刀气动噪声计算与分析

面铣削过程中的噪声大致上可以分为空转噪声和切削噪声, 空转噪声主要由铣刀气动噪声组成. 基于Ffowcs Williams-Hawkings 方程建立高速面铣刀气动噪声数学模型, 进行高速面铣刀空转噪声测试, 噪声预测值与实验结果吻合良好. 模拟刀具参数(齿数、齿距)及测试观察点位置变化的情况下面铣刀气动噪声的变化情况, 研究表明面铣刀气动噪声具有方向性,结合频谱分析, 发现不等距面铣刀旋转频率的峰值移到高频部分, 大大降低面铣刀旋转频率处噪声, 可为低噪声铣刀的设计提供理论依据.     

第5届高速切削国际学术会议

2006年3月14～16日，在法国梅斯市（Metz，France）举办了第5届高速切削国际学术会议（5th International Conference On High Speed Machining）。参加会议的国家（地区）和代表情况：法国102人；沙特阿拉伯1人；西班牙13人；德国5人；美国1人；葡萄牙2人；芬兰1人；波兰1人；捷克2人；澳大利亚1人；比利时3人；瑞士2人；日本2人；以色列1人；巴西2人；立陶宛1人；瑞典1人；阿尔及利亚2人；意大利1人；中国3人（含台湾地区1人）。     

面铣刀气动噪声数值模拟及不等齿距面铣刀的降噪方法

高速面铣刀气动噪声由离散噪声与对总噪声影响较大的宽带噪声组成. 针对高速面铣刀流场和声场的非定常特点, 采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法对面铣刀周围气流特性进行数值模拟, 分析铣刀容屑槽区域的速度分布. 计算线性欧拉方程(linear eulerequation, LEE)中的声源项确定铣刀表面声源位置及强度. 通过应用基于Lighthill 声学类比的Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)积分变换方程计算获得远场噪声. 针对铣刀表面不同声源产生的气动噪声频谱进行分析, 发现铣刀容屑槽及刀片前刀面是高速面铣刀气动噪声的主要声源. 等距及不等距铣刀噪声频谱分析表明不等齿距布置可改变频谱声能分布, 降低离散噪声的基频峰值,进而可降低铣刀气动总噪声.     

高速高效刀具切削性能评价与设计技术

1课题研究目标 本课题进行高速高效刀具切削性能测试平台的研究开发,探索高速高效刀具切削过程中的切削力、切削热、刀具寿命等的变化规律,对揭示刀具损坏规律有重要意义,为刀具切削材料性能的优化设计与刀具材料的合理选择奠定应用技术基础;用反求分析和CAE仿真分析手段,对刀具切削刃几何角度和刀具结构参数进行优化设计研究,建立高速高效刀具的结构设计体系,开发高速高效刀具三维CAD参数化、模块化设计平台,形成具有自主知识产权的刀具设计软件。     

铣刀参数对薄壁零件铣削稳定性的影响

本文通过对斜角切削的几何关系进行分析,得到了斜角切削参数和切削力系数之间的关系表达式,从而在理论上得到了铣刀参数和切削颤振之间的数学关系表达式。并在此基础上研究了在相同的铣削参数条件下,铣刀螺旋角和法向前角对于铣削稳定性的影响,绘制了不同铣刀参数下的轴向切深、径向切深和主轴转速的三维稳定性图。通过对不同参数下稳定性图的研究,发现随着螺旋角和法向前角的增加,铣削的稳定性逐渐增加。     

圆弧铣刀瞬态切削力建模与数值仿真

提出圆弧铣刀(R刀)几何模型描述方法,建立基于机械力学的圆弧铣刀切削力预报模型.该模型分别考虑前刀面剪切效应与后刀面犁切效应,通过计算微元切削刃空间位置角和不同轴向高度处的切入、切出角方法获取瞬时切削区域,应用空间解析几何三维坐标变换原理实现微元切削力从局部坐标系向刀具整体坐标系下转换,借助科学计算软件Matlab实现数值仿真.模型中切削力系数由42CrMo4切削试验的切削力数据拟合得出.两组试验结果与仿真结果的对比,验证预报模型的有效性.     

高速切削中切削速度对工件材料力学性能和切屑形态的影响机理

首先根据不同应变率阶段金属材料的塑性变形机制,分析工件材料强度和塑脆性随切削速度提高的变化规律,通过理论计算说明这种变化对切屑锯齿化的作用机制,揭示不同切削速度下产生不同形态切屑的控制机理;然后,在40~7000m/min切削速度范围对Inconel718,AerMet100,7050-T7451进行直角切削实验,分析切屑形态及工件材料脆化现象,验证随切削速度提高工件材料脆化及相应的切屑形态;最后,根据切削速度与切屑形态的对应规律,提出基于切屑形态的切削速度阶段划分方法.研究表明：随切削速度提高,材料强度提高、塑性降低,使得主变形区材料易于发生热塑性剪切失稳和断裂失效而使切屑锯齿化;对一般塑脆性金属材料,随切削速度提高,第一变形区材料热塑性剪切失稳的发生早于断裂失效的发生;对同一种工件材料,可根据切屑形态将切削速度划分为普通切削速度阶段、高速切削速度阶段、超高速切削速度阶段.     

两岸机电新技术暨产学合作与交流

2005两岸机电暨产学合作与交流学术会议于7月22-26日在台湾召开，参加人数100余人，除大陆去的7名教授外，主要是台湾学校的教授、研究机构和企业科技人员以及部分大学生，主题是机电领域新技术和设备的研究开发和产学合作。会议除3个大会专题报告以外，主要是分8组报告与讨论。笔者应邀在大会作了专题报告，其余两个专题报告人为台湾工业技术研究院副院长和台湾交通大学机械系系主任。大陆参加会议的代表均在有关小组会议上作了学术报告，会议内容丰富，讨论热烈，主要涉及机电工程领域的高新技术发展，新能源开发，环境保护、机器人技术和机电新产品设计与机械制造等各方面的学术成就，发展趋势以及产学合作状况及作用。上海交通大学两位教授还应邀对大华技术学院的大学生和教师作了关于上海交通大学的教学、科研以及学生培养情况的专题报告。     

涂层刀具铣削粉末冶金镍基高温合金试验研究

采用涂层硬质合金刀具进行了粉末冶金镍基高温合金的铣削刀具磨损试验,并运用扫描电镜和能谱分析技术分析了刀具的磨、破损形态和磨损机理.采用多因素正交试验对粉末冶金镍基高温合金的铣削力、刀具寿命进行研究,使用最小二乘法等方法和回归分析建立了铣削力、刀具寿命的经验模型.利用等寿命-效率响应曲面法,对干铣粉末冶金镍基高温合金的切削参数进行了优化.结果表明:粘结磨损和磨粒磨损是主要的磨损机理;在不同的切削速度下刀具失效形式不同;建立的铣削力及刀具寿命经验模型高度显著,进给量对铣削力和刀具寿命的影响显著;干铣加工粉末冶金镍基高温合金理想的切削用量为切削速度40~60m/min、轴向切削深度0.15~0.20mm、径向切削深度10~20mm、每齿进给量0.08~0.10mm.     

镍基高温合金高速铣削加工表面完整性

采用高速铣削加工试验,研究切削速度对2种不同的镍基高温合金FGH95和Inconel718已加工表面完整性的影响规律,并观察高速铣削加工后的切屑形貌。试验结果表明:在较低切削速度范围内(800~2 000 m/min),切削速度对表面粗糙度的影响很小,两者表面粗糙度相差不大,但在较高的切削速度范围内(>2 000 m/min),FGH95的表面粗糙度要大于Inconel718的表面粗糙度。在相同切削条件下,Inconel718的加工硬化率和加工硬化层深度要明显比FGH95的大,并且Inconel718表面白层的厚度大于FGH95表面白层厚度。高速铣削加工FGH95和Inconel718切屑均出现明显的锯齿化现象,并且随着切削速度的提高,锯齿化程度不断加剧以至变为碎屑。