TC4钛合金铣削性能分析及多目标参数优化

如何更好对钛合金材料进行切削加工,以及在保证高切削加工效率,高精度与低切削力的基础上,如何对加工参数进行合理选取一直是钛合金切削加工领域中的一大研究热点。为了探究TC4钛合金的铣削性能与铣削参数优化问题,设计了正交铣削试验方案,分析了铣削参数即背吃刀量,侧吃刀量,主轴转速,进给速度对其铣削力与铣削后表面粗糙度的影响规律。将铣削力,表面粗糙度与材料去除率作为优化目标,建立了多目标优化模型,在Pareto算法的基础上,采用了一种简捷的方法对模型进行求解,并通过试验验证了该方法的可行性。结果显示,对铣削力的影响程度中,背吃刀量影响最大,随后是侧吃刀量与主轴转速,进给速度影响程度最小;对表面粗糙度的影响程度中,进给速度影响最大,其次是侧吃刀量与背吃刀量,主轴转速影响程度最小;Pareto算法所得的参数组通过试验验证,与正交试验组相比,各项指标数值均在较优位置。     

单晶镍基高温合金DD98微铣削表面质量试验

为研究单晶高温合金的微铣削表面质量,使用M.A.FORD双刃端铣刀,刀刃直径为0.8 mm,试验材料为单晶高温合金DD98,完成正交试验研究.通过极差分析找出主轴转速、进给速度、铣削深度对微铣削表面质量影响的主次因素,即主轴转速的影响最大,铣削深度其次,进给速度最小;采用统计学知识,获得切削工艺参数的优化组合,使表面粗糙度最小,即主轴转速为n=3.6 kr/min,铣削深度为ap=5μm,进给速度为v=100μm/s,对此优化方案重复试验,表面粗糙度值为951 nm.并对其切削机理和影响表面质量及形貌的原因进行深入的分析,对单晶高温合金的微加工理论的机理揭示具有一定的指导意义.     

基于响应曲面的低碳制造铣削工艺参数优化

为了对低碳制造铣削工艺的加工参数进行优化,降低碳排放量的同时有效保障产品质量,选取主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度作为优化变量,碳排放量、材料去除率和表面粗糙度作为响应性能指标,通过设计中心复合实验,利用Design-Expert软件建立相对应的响应分析模型,并对所建模型进行可靠性验证,研究了工艺参数间的交互作用。结果表明:在主轴转速为999. 98 r/min,进给速度为490. 51 mm/min,铣削深度为0. 30 mm,铣削宽度为49. 99 mm时,响应最优,可见对低碳制造铣削工艺的优化具有一定的参考价值。     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性.方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成.结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大.刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2 000 mm/min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化.结论 CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是:涂层和刀具基体的机械损耗去除(剥落和崩刃)、高温下的氧化磨损和粘结磨损.由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程.     

超声振动钻削皮质骨切屑形成机理及表面粗糙度研究

皮质骨钻削加工过程中存在排屑困难、表面质量差等问题.基于超声振动在机械加工领域的优良特性,针对这些问题,本文分析了常规钻削与超声振动钻削的断屑机理,通过搭建超声振动钻削实验平台,观察其切屑形态,通过正交实验研究了主轴转速、进给速度、频率与振幅对表面粗糙度的影响.试验表明:超声振动钻削皮质骨切屑形态呈针状,而常规钻削呈螺旋状;参数对皮质骨骨孔壁的表面粗糙度影响程度依次是进给速度、频率、主轴钻速、振幅,并得到在研究范围内主轴钻速为2 000 rpm、进给速度为50 mm/min、频率为15 kHz、振幅为15μm时获得最优表面粗糙度.     

SiCp/Al材料的高速铣削试验与表面完整性研究

介绍了采用PCD刀具在不同切削条件下对SiCp/Al复合材料进行高速铣削的实验过程,探讨了铣削速度、进给率、切屑深度对表面完整性的影响,并且建立了高速铣削时的表面粗糙度和表面残余应力预测模型,为铝基复合材料的相似高速切削提供了实例参考和理论依据。     

氧化锆陶瓷微尺度磨削表面质量试验研究

为提高氧化锆陶瓷零件微细加工过程中的加工表面质量,改善氧化锆陶瓷零件的使用寿命,采用0.9 mm磨头直径、500#磨粒的微磨棒对氧化锆陶瓷进行微尺度磨削三因素五水平正交试验.首先通过极差和方差分析,研究了磨削参数影响氧化锆陶瓷表面质量主次因素;其次优化出获得较低表面粗糙度值的工艺参数组合;最后通过单因素试验研究氧化锆陶瓷磨削表面粗糙度随磨削参数的变化规律.结果表明,磨削参数对表面粗糙度影响顺序依次为:磨削深度、进给速度、主轴转速;当主轴转速v_s=40 000 r/min,进给速度v_w=20μm/s,磨削深度a_p=3μm时,表面粗糙度最小;表面粗糙度随主轴转速增大呈先下降后上升的趋势,随进给速度和磨削深度的增大而增大.     

基于响应曲面法电火花线切割回转零件实验研究

以低速走丝电火花线切割加工回转铜钨合金(CuW70)试件为研究对象,采用Design-Expert软件设计Box-Behnken实验,利用响应曲面法分析得出不同速度参数对工件表面粗糙度及材料去除率的影响规律,并得出兼顾加工效率与表面质量的最优工艺参数组合.结果表明,速度参数对表面粗糙度影响的主次关系为工件转速>进给速度>走丝速度;对材料去除率影响的主次关系为进给速度>工件转速>走丝速度.多目标参数优化得出:当工件转速为46r/min,进给速度为1.0mm/min,走丝速度为45mm/s时,表面粗糙度达到0.882μm,材料去除率达到0.625mm³/min.     

铣削加工振动影响因素分析

为了解决铣削振动的影响因素难以确定的问题,建立了铣削系统二自由度模型,利用切削厚度分析的方法进行了切削力分析;利用动力学方程,根据方程中的各参量,确定了主轴转速、轴向切削深度、进给速度和径向切削深度四个切削参数是影响铣削振动的主要因素。通过正交切削实验,确定了各切削参数对铣削振动的权重排序,得出切削速度是铣削振动的最主要的影响因素的结论。为研究铣削加工振动稳定性研究奠定了理论基础,同时也为利用变参数切削振动控制确定了首选控制参量。     

铝合金6061微尺度铣削的铣削力仿真与实验研究

采用有限元仿真和单因素实验相结合的方法,研究了铝合金6061微尺度铣削的铣削力影响因素.建立了刀具和工件的三维模型并对其进行装配和网格划分,通过有限元仿真模拟了铝合金6061材料的微尺度铣削过程,得到了铣削速度和铣削深度对铣削力的影响规律,并进行了单因素实验研究.结果表明:随着主轴转速的不断增大,铣削力先增大后减小,转折点为24000r/min;随着铣削深度的不断增大,铣削力先增大后减小再增大,转折点为10μm和12μm;随着进给速度的不断增大,铣削力也不断增大.优选出铝合金6061材料微尺度铣削最优工艺参数组合为:主轴转速48000r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s.     

单晶镍基高温合金微铣削力试验

以单晶镍基高温合金DD98为研究对象,从单晶高温合金微观组织分析材料去除机理,得出DD98滑移面为密排面{111},滑移向为密排方向110,克服阻力最小,最易滑移.采用双刃微铣刀对单晶镍基高温合金DD98进行正交试验,通过极差分析比较获得切削参数对微铣削力的影响程度.结果表明,主轴转速的影响最大,进给速度其次,铣削深度最小.通过优化获得理想的切削参数为:主轴转速36 000 r/min,铣削深度5μm,进给速度20μm/s,此时微铣削力最小.并对其原因进行深入分析,为单晶高温合金的微加工理论的机理揭示提供理论参考和试验依据.     

铣削过程多源扰动影响下直线电机推力电流频谱特性分析

针对机床实际铣削过程中进给系统受多源、多频扰动影响,特别是直驱进给系统由于"零传动"特性,运动精度受外界扰动影响更为显著的问题,研究了机床加工过程多源扰动机理、频谱特征及其影响下直线电机进给系统推力电流频谱特性,综合分析了铣削过程中刀具-主轴系统的多源扰动,建立了考虑刀具偏心跳动的铣削力模型、主轴离心力模型、主轴轴承振动模型,并分析多源扰动频谱特性。表征了多源扰动激励下直线电机进给系统输出位移波动特性,并在直线电机驱动的VMC0865机床上完成单轴进给切削实验。实验结果表明:在进给速度为1 500mm/min、主轴转速为5 000r/min、切宽为2mm、切深为2mm的情况下,X轴位移波动均方值从0.36μm增加到0.81μm,推力电流均方值从0.94A增加到1.15A;推力电流增加了主轴转频及其倍频、分频、边频的谐波成分;切削力会影响进给系统运动精度,从而影响零件加工质量和加工精度,验证了切削过程对直线电机进给系统推力电流频谱特征的影响;对比了不同切削参数对进给系统推力电流频谱特征的影响,明确了主轴转速是对推力电流频谱特征最为显著的切削参数。该研究对于直驱进给系统控制算法改进与加工参数选择具有重要指导意义。     

基于响应曲面法的CFRP高速铣削切削力试验研究

切削力是高速切削过程中重要物理量之一,直接影响到加工质量和刀具寿命。文章采用中心复合响应曲面法建立了碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)高速铣削过程切削力模型,并用方差分析对模型及回归系数进行了显著性检验,分析了主轴转速、每齿进给和切削深度对切削力的影响规律,为高速铣削过程中切削参数的选择及切削力的控制提供了试验依据。试验结果表明:该模型能较好地预测切削力,切削深度和每齿进给对切削力的影响较大,切削力随着切削深度或每齿进给的增大而增大,主轴转速则对切削力影响不是很大。     

基于正交试验的Invar36合金铣削切削参数优化

为了研究采用硬质合金刀具加工Invar36合金时切削参数对零件加工表面质量的影响,本文采用正交试验法,设计了以径向切深、主轴转速、每齿进给速度作为主要因素的3因素3水平正交试验表,并通过极差分析法得到影响表面质量的切削参数最优组合和本试验方案的最优水平,最后采用了方差分析法和F-检验分析切削参数影响表面粗糙度的显著关系,并验证了进给速度的变化对零件的表面粗糙度有显著影响。     

TC4钛合金小孔钻削试验及钻孔质量研究

为了研究TC4钛合金的小孔钻削性能,采用单因素试验设计,利用DEFORM-3D软件建立钻削仿真模型,并结合钻削试验对比,分析了小直径麻花钻的主轴转速与进给速度在单一变量下对钛合金钻削轴向力的影响趋势。结果表明:钻削轴向力随主轴转速的增大而减小,随进给速度的增大呈波动上升趋势。基于钻削试验数据,利用MATLAB软件进行了多元回归分析,建立了钻削轴向力与进给速度、主轴转速之间的关系式,并进行了对比验证。通过立式显微镜对不同钻削参数下钻孔表面形貌和钻屑形态进行了观测与分析。     

干湿磨条件下氧化锆陶瓷表面粗糙度实验

目的研究干磨和湿磨两种工作条件下,金刚石砂轮磨削氧化锆陶瓷时,各磨削参数对其表面粗糙度的影响.方法通过在干/湿磨条件下对氧化锆陶瓷以不同的砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度进行平面磨削,并观察磨削后工件表面粗糙度数值的变化,再利用电子扫描显微镜对磨削后的表面形貌进行分析.结果在湿磨过程中,当砂轮线速度为50 m/s、磨削深度为0.010 mm、工件进给速度为500 mm/min时,氧化锆陶瓷件表面粗糙度为0.191 8μm,表面质量最好;在干磨过程中,当砂轮的线速度为50 m/s、磨削深度为0.010 mm、工件进给速度为500 mm/min时,氧化锆陶瓷件表面粗糙度为0.189 5μm,表面质量最好.结论干湿磨条件下各磨削参数对氧化锆陶瓷表面粗糙度影响主次顺序分别为砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度.同时在小磨削量的精密磨削中,干磨的表面粗糙度要优于湿磨的表面粗糙度.     

40Cr超高速磨削工艺实验研究

采用CBN砂轮,在砂轮线速度为90~210 m/s的磨削条件下,对40Cr进行了超高速磨削工艺实验.分析了在超高速磨削过程中砂轮周围气障对磨削过程的影响,讨论了砂轮线速度、切削深度、工件速度等工艺参数对磨削力、工件表面粗糙度、比磨削能的影响.实验表明,在高速超高速磨削过程中,砂轮速度提高使得磨削力大大减小,工件表面粗糙度值下降,工件表面质量得到提高;加大切削深度而工件表面粗糙度值增加不大,大大提高了磨削效率,同时也保证了工件表面质量.     

高速铣削718模具钢表面粗糙度数学模型建立

对718模具钢进行高速铣削试验研究,发现铣削速度v、背吃刀量ap、进给速度vf和径向铣削深度ae对表面粗糙度的影响规律.在正交试验结果的基础上,应用多元线性回归分析方法,建立表面粗糙度的回归数学模型,用F检验法验证模型的显著性.运用极差分析法分析铣削用量各参数对表面粗糙度影响程度:影响最大的是径向铣削深度,其次是铣削速度和背吃刀量,每齿进给量的影响最小.     

7075-T6铝合金单向超声振动车削表面质量及形貌特征

对7075-T6铝合金试件采用普通切削(CT)和振动切削(UVC)加工方法进行了加工实验,分析了2种切削加工方法在不同参数下对铝合金试件加工表面粗糙度的影响.试验研究结果表明:在相同的进给量和切削深度情况下,随着车削速度的变化,普通切削获得的加工表面粗糙度先减小后增大再减小,但随着转速的增大进入高速切削后,工件表面粗糙度值逐渐趋于稳定;随着进给量的增加超声振动硬车削与普通硬切削加工表面粗糙度都呈上升趋势,超声振动切削表面粗糙度较小;在切削速度、进给量相同的条件下,普通硬质切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加而增加,而超声振动切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加先减小后增加.通过对获得实验数据的分析以及对车削加工获得的加工表面显微形貌的观测,证实了超声振动加工在难加工材料加工中的优势.     

三维超声振动辅助车削减摩特性与表面质量的实验研究

为进一步提高304不锈钢的加工效果，将摩擦学动载荷分析与三维超声振动辅助车削相结合，建立减摩特性理论模型.将微织构刀具融入该模型后，减摩效果进一步提高.通过主轴转速、进给量与切削深度的切削合力实验证明了该模型的减摩效果.根据机床的相对振动建立了表面形貌的理论模型，通过单因素实验研究了切削参数对表面粗糙度的影响，随切削深度、主轴转速和进给量的增加，表面粗糙度逐渐增大.