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单晶锗微纳米尺度切削特性实验研究

中国有色金属学报 2019年第7期29卷 1457-1465页

作者：杨晓京刘浩罗良刘宁昆明理工大学机电工程学院

采用纳米压痕仪对单晶锗进行变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析不同划痕速度和不同载荷对单晶锗切削特性的影响规律;采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测,分析单晶锗微纳米尺度切削加工的材料去除机理。研究结果表明:... 详细信息

采用纳米压痕仪对单晶锗进行变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析不同划痕速度和不同载荷对单晶锗切削特性的影响规律;采用原子力显微镜对样品表面进行扫描观测,分析单晶锗微纳米尺度切削加工的材料去除机理。研究结果表明:划痕速度分别为10、20和50μm/s时,单晶锗(100)晶面脆塑转变临界切削力分别为10.2、12.1和9.8mN,呈现先增大后减少的规律;单晶锗(110)晶面脆塑转变临界切削力分别为9.5、7.7和6.9mN,呈现随着划痕速度的增大而减少的规律;单晶锗(111)晶面脆塑转变临界切削力分别为8.3、8.5和8.9mN,划痕速度的改变对于切削力的变化基本没有影响;当载荷分别为10、30和50mN时,单晶锗(110)晶面切削力分别为0.3、4.5和12.5mN。随着划痕速度的增大,单晶锗不同晶面切削特性表现出明显的各向异性;随着载荷的增大,单晶锗切削力也相应增大,切削力的波动范围也越来越大。本研究为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供理论基础和数据支持。

关键词：单晶锗微纳米尺度变载荷纳米划痕实验恒定载荷纳米划痕实验切削特性切削力

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微纳米尺度单晶硅各向异性表面的切削特性

材料科学与工程学报 2015年第4期33卷 508-511,563页

作者：杨晓京李勇昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

利用纳米压痕仪和原子力显微镜,分别对单晶硅Si(100)、Si(110)、Si(111)三种晶面取向的表面进行微纳米尺度下的切削性能进行了实验研究。实验结果表明:在定载荷下,刻划速度的大小对单晶硅Si(100)、Si(110)晶面取向的切削力、摩擦系数的... 详细信息

利用纳米压痕仪和原子力显微镜,分别对单晶硅Si(100)、Si(110)、Si(111)三种晶面取向的表面进行微纳米尺度下的切削性能进行了实验研究。实验结果表明:在定载荷下,刻划速度的大小对单晶硅Si(100)、Si(110)晶面取向的切削力、摩擦系数的大小影响较小,但对单晶硅Si(111)晶体取向影响较大;在较低载荷下,单晶硅各晶面取向表面划痕细小,深度较浅且不明显,切削力大小无明显变化规律。随着载荷的逐渐增大,划痕宽度及深度也逐渐增大,切削力也相应增大,但并非呈线性增长。当载荷增大到一定值后,单晶硅各表面发生严重的塑性变形,变形积累一定程度后,沟槽两侧及探针前端形成明显的切屑堆积。

关键词：微纳米尺度单晶硅切削特性刻划实验

微纳米尺度单晶铜各向异性表面切削特性实验研究

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材料导报 2015年第8期29卷 95-99页

作者：杨晓京李勇昆明理工大学机电工程学院昆明650500

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶铜各向异性表面在不同载荷和刻划速度下的切削特性进行实验研究。结果表明:单晶铜各晶面表面在较低载荷下,划痕细小且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕深度和宽度逐渐变大,并形成明显的... 详细信息

利用纳米压痕仪和原子力显微镜对微纳米尺度下单晶铜各向异性表面在不同载荷和刻划速度下的切削特性进行实验研究。结果表明:单晶铜各晶面表面在较低载荷下,划痕细小且不明显。随着载荷的逐渐增大,划痕深度和宽度逐渐变大,并形成明显的沟槽,在沟槽的两侧出现明显的侧流现象,探针前方出现切屑堆积,尤其单晶铜Cu(100)切屑堆积较明显;单晶铜Cu(100)在刻划速度为10μm/s、50μm/s时,切削力无明显变化规律,其余两晶向都是在同等载荷下,刻划速度越大,切削力越大。随着刻划速度的增大,切削力趋于稳定;载荷越大,切削力越大,其相应摩擦系数也增大。

关键词：微纳米尺度单晶铜各向异性切削特性

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超声辅助切削微V形槽的切削特性研究

组合机床与自动化加工技术 2020年第9期 158-161页

作者：李煌许志龙皮钧集美大学机械与能源工程学院福建厦门361021

针对常规切削V形槽微结构时产生较多毛刺和凹坑等表面质量问题,对超声辅助切削微V形槽的切削特性进行理论分析和实验研究,并与常规切削的微V形槽进行对比。利用单晶金刚石刀具,通过改变切削深度和切削速度对黄铜这一延性材料进行切削试... 详细信息

针对常规切削V形槽微结构时产生较多毛刺和凹坑等表面质量问题,对超声辅助切削微V形槽的切削特性进行理论分析和实验研究,并与常规切削的微V形槽进行对比。利用单晶金刚石刀具,通过改变切削深度和切削速度对黄铜这一延性材料进行切削试验。实验表明,超声辅助切削的切削力显著降低,加工边界的毛刺和凹坑等缺陷明显得到抑制,最小侧面粗糙度可达13 nm。超声辅助切削可以有效减少V形槽毛刺的产生,降低其侧面粗糙度,提高加工质量。

关键词：超声振动微V形槽切削特性表面质量

TiN涂层弧齿锥齿轮铣刀切削特性的应用与研究

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工具技术 1990年第5期24卷 27-29页

作者：胡兆友汉江工具厂

本文探讨了 TiN 涂层的弧齿锥齿轮铣刀刀头在标准切削用量、高速切削用量、高速精切用量下,加工低、中硬材料时的切削特性。实验证明,涂层刀具与未涂层刀具一样无法克服加工低硬度材料时的“粘刀”现象;而加工中硬度材料时,随着切削用... 详细信息

本文探讨了 TiN 涂层的弧齿锥齿轮铣刀刀头在标准切削用量、高速切削用量、高速精切用量下,加工低、中硬材料时的切削特性。实验证明,涂层刀具与未涂层刀具一样无法克服加工低硬度材料时的“粘刀”现象;而加工中硬度材料时,随着切削用量的加大,工效相应提高4～5倍。同时,采用涂层的粗切刀进行高速精切,不仅可以代替精切刀,而且可以提高齿轮表面的光洁度。

关键词：铣刀切削特性弧齿锥齿轮

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晶粒尺寸对切削特性及表面完整性影响的研究

晶粒尺寸对切削特性及表面完整性影响的研究

作者：王立航大连理工大学

学位级别：硕士

在金属切削加工中,当切削深度与晶粒尺寸相当时,材料微观结构则成为影响切削加工过程的主要因素,因此研究材料晶粒尺寸对切削特性及表面完整性的影响具有重要意义。本文通过轧制及热处理的方法,在不同退火温度下制备了不同晶粒尺寸的T2... 详细信息

在金属切削加工中,当切削深度与晶粒尺寸相当时,材料微观结构则成为影响切削加工过程的主要因素,因此研究材料晶粒尺寸对切削特性及表面完整性的影响具有重要意义。本文通过轧制及热处理的方法,在不同退火温度下制备了不同晶粒尺寸的T2纯铜工件,并开展端面车削实验,研究晶粒尺寸对切削特性及表面完整性的影响规律,基于Deform-3D仿真软件建立了端面车削有限元预测模型。主要研究内容如下:(1)采用轧制变形及高温热处理的方法,通过控制轧制下压量、热处理温度及保温时间制备晶粒尺寸不同且组织均匀性良好的纯铜工件,用于开展端面车削实验;(2)开展端面车削实验,并采集车削过程中的切削力信号和收集纯铜切屑,通过对比和分析不同晶粒尺寸纯铜工件的切削力、切屑形态及剪切角,基于晶粒尺寸与材料塑性变形过程中流动应力的关系,研究晶粒尺寸对切削特性的影响;(3)通过对比和分析不同晶粒尺寸工件已加工表面的切削残余应力、塑性流动层及表面硬化程度,基于应力加载循环及加工硬化,研究晶粒尺寸对纯铜工件端面车削表面完整性的影响规律;(4)建立晶粒尺寸相关的Johnson-Cook本构模型,利用Deform-3D有限元软件对端面车削过程进行建模仿真,并通过对比仿真结果与实验结果,对晶粒尺寸对切削力、表面残余应力及表面塑性变形的影响进行了验证。

关键词：晶粒尺寸纯铜表面完整性切削特性有限元仿真

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高速切削淬硬钢切削特性的研究

高速切削淬硬钢切削特性的研究

作者：张文瑞沈阳理工大学

学位级别：硕士

淬硬钢因其良好的机械和物理性能,被广泛应用于汽车的耐磨模具、轴承和关键零部件的制造,具有广泛的市场空间。但是因其具有较高的硬度、较大的强度、塑性变形差和单位切削阻力大等特点,造成了其加工难度大,这是该材料应用推广面临的严... 详细信息

淬硬钢因其良好的机械和物理性能,被广泛应用于汽车的耐磨模具、轴承和关键零部件的制造,具有广泛的市场空间。但是因其具有较高的硬度、较大的强度、塑性变形差和单位切削阻力大等特点,造成了其加工难度大,这是该材料应用推广面临的严峻问题。在加工过程中,往往会出现刀具磨损快、刀刃崩的情况,对工件造成损伤;或者效率低下,达不到预期效果。为了提高加工效率和工件加工质量,正确选择加工方法、刀具材料、刀具几何参数、切削用量等是必不可少的,所以研究淬硬钢材料的切削加工特性问题就显得特别重要。采用有限元仿真加工得到切削力和切削温度数据,并进行极差分析,得到切削参数对切削力和切削温度的影响主次顺序及最优参数组合。设计淬硬钢铣削加工试验,将试验数据和模拟数值进行了比较分析,验证了仿真模型的正确性。设计进行单因素试验,并对结果进行分析,伴随切削速度增大,铣削力呈上升趋势,切削温度反而降低;每齿进给量增大,铣削力和铣削温度呈上升趋势;背吃刀量相比于切削速度和每齿进给量,对铣削力的影响更大,铣削力随着背吃刀量的增加而快速上升,铣削温度随背吃刀量的增加也呈上升趋势。对试验加工的工件表面粗糙度进行测量并对其结果进行分析,得到对表面粗糙度影响最大的是背吃刀量,然后是每齿进给量和切削速度。各因素对粗糙度影响规律为:表面粗糙度随每齿进给量和背吃刀量的增加而增大,随着切削速度的增大而减小。通过Deform-3D仿真软件模拟淬硬钢铣削加工过程,得到了不同切削加工参数下刀具的磨损量。利用数码显微系统观测了铣削加工后的刀具表面形貌,对表面形貌进行了简单分析,对不同类型刀具磨损的原因进行了解释。利用单因素试验,分析了各切削参数对刀具磨损的影响规律。通过MATLAB软件,以最小切削力、最小表面粗糙度和最大材料去除率为目标,利用遗传算法进行多目标参数优化,对淬硬钢铣削加工切削参数提供参考。

关键词：淬硬钢 CBN刀具切削特性参数优化

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高速铣削镍基高温合金的切削特性研究

高速铣削镍基高温合金的切削特性研究

作者：胡子晖沈阳理工大学

学位级别：硕士

高速切削加工是随着机械加工设备以及高效加工刀具技术的发展而逐渐成熟的一种高新加工技术,并且一步步地在切削加工领域占据重要地位。在材料方面,高温镍基合金材质有较好的机械性能、广泛的可使用性、便于机械加工,且耐磨、抗腐蚀能... 详细信息

高速切削加工是随着机械加工设备以及高效加工刀具技术的发展而逐渐成熟的一种高新加工技术,并且一步步地在切削加工领域占据重要地位。在材料方面,高温镍基合金材质有较好的机械性能、广泛的可使用性、便于机械加工,且耐磨、抗腐蚀能力强、抗氧化效果优异。由于高温合金材料的优良特性,被越来越多的应用在各个行业中,因此对镍基高温合金的切削加工的性能和切削的理论进行研究具有重要意义。本文利用铣削加工仿真和铣削加工实验相结合的方式,分析出各因素条件下铣削加工的切削特性,最终达到了提高铣削镍基高温合金加工质量的目的。具体包括以下几个方面:首先,采用正交试验法进行铣削镍基高温合金有限元加工仿真,得到相应的后刀面磨损带宽度的磨损量以及磨损率的结果。其次,对铣削加工仿真得到的结果进行极差分析,得到切削参数影响的主次顺序及最优方案,其中影响磨损率的主次顺序从大到小依次是每齿进给量、切削速度、背吃刀量。采用对刀具磨损正交试验得到的最优参数方案进行单因素仿真试验来分析不同切削用量对残余应力和铣削温度场的影响,并对结果进行分析,最后达到提高高速铣削镍基高温合金加工质量的目的。然后利用实验分析验证合理的有限元仿真模型,并利用实验做相同参数的正交试验与单因素试验,将实验数据和模拟数值进行了比较分析,得到了仿真模型的正确性,并对得到的刀具磨损率和铣削温度作结果分析,得出结论。最后,进行铣削振动特性的分析,通过模态分析和谐响应分析,对铣刀进行了模拟,得到了铣刀在工作模态下的前六阶固有频率以及对应的振型,通过固有频率验证了铣刀不会与机床发生共振,为后续有限元仿真振动幅度和振动频率参数选取提供依据,避免共振现象的发生。基于X方向和Y方向的刀具的振动以及X、Y方向同时振动进行二维铣削振动仿真模态模拟分析,为铣削加工系统的振动特性分析提供了理论依据。

关键词：高速铣削镍基高温合金切削特性有限元仿真

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高速铣削沉淀硬化不锈钢的切削特性研究

高速铣削沉淀硬化不锈钢的切削特性研究

作者：高可沈阳理工大学

学位级别：硕士

15-5PH沉淀硬化不锈钢以其优良特性,在航天航空、医疗器械等领域都有着广泛的应用。但该材料也因其难加工性,在加工过程中,易出现切削温度过高和刀具磨损过快等现象,致使加工质量和效率均有所下降,同时加工成本上升。因此,研究15-5PH沉... 详细信息

15-5PH沉淀硬化不锈钢以其优良特性,在航天航空、医疗器械等领域都有着广泛的应用。但该材料也因其难加工性,在加工过程中,易出现切削温度过高和刀具磨损过快等现象,致使加工质量和效率均有所下降,同时加工成本上升。因此,研究15-5PH沉淀硬化不锈钢的切削特性,并进行参数优化,对提高加工效率和加工质量,降低生产成本具有重要意义。针对以上加工需求,首先,基于Deform-3D软件,建立了铣削仿真模型,设置运动参数,进行了正交铣削运动仿真,并通过试验验证了仿真模型的合理性,以极差方法分析了各切削用量对切削力的影响规律及显著性。得到各切削用量对切削力的影响程度关系。得出每齿进给量对切削力F和F影响程度最深,而径向切深对切削力F影响程度最重。并结合仿真与试验,对切削用量如何影响切削力变化进行了规律总结和成因分析。然后,通过单因素仿真研究铣削沉淀硬化不锈钢15-5PH过程中,在不同切削用量条件下刀具磨损变化规律,并通过试验研究了在切削路径长度不断变化的情况下,刀具磨损程度的改变情况。通过能谱分析,观察到刀具磨损区域含有来自工件的Cr、Cu和Si元素,并通过对比发现,随着涂层的脱落,刀具磨损进一步加深,刀具磨损区域上来自工件的元素含量也有所增加。最后,以主轴转速、进给速度、轴向切深和径向切深为优化设计变量,以切削力、表面粗糙度和材料去除率作为响应性能指标,通过Box-Behnken来设计曲面响应法方案,利用Design-Expert软件建立响应分析模型,研究了各切削用量间交互作用对优化目标的影响规律。得到高速铣削沉淀硬化不锈钢条件下降低切削力和粗糙度,提高切削效率的最优选择组合。

关键词：高速铣削 15-5PH沉淀硬化不锈钢切削特性有限元仿真试验