选用PVD-AlTiN涂层硬质合金刀具高速干铣削高强钢AISI4340,采用分形理论,研究了铣削参数对切削力分形特征的影响,指出分形维数是独立于切削力大小,并可描述切削力的稳定性;发现分形维数随铣削速度的增加,出现"高-低-高-低"的趋势,并在试验铣削参数范围内,确定了切削力较为稳定的铣削参数是v_c=320m/min,f_z=0.02mm/z,a_p=0.2mm,a_e=4mm;在较高铣削速度v_c=400m/min和v_c=440m/min条件下,v_c对切削力稳定性的影响即分形维数的大小占主导作用。此研究内容丰富了分形理论在高速切削领域的应用,对高速铣削切削力稳定性的表征具有指导意义。

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响。运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4%,证明仿真模型可行。模拟实验得出在高速铣削SKD11淬硬钢时,适当的减小切削速度和增大切削深度,可有效降低残余应力对加工表面质量的影响。

基于高速切削技术和正交实验理论,这里研究了高速铣削过程中铣削参数对铣削力的影响规律。通过极差分析得出铣削参数ap和fz对铣削力的影响高度显著,而vc和ae对铣削力影响较小。采用多元线性回归分析理论,拟合出x、y和z三方向的铣削力公式,并采用方差分析法对回归方程和回归系数进行了显著性检验,得出回归方程高度显著,其中ap对三方向的铣削力影响均高度显著,其次是fz和vc,而ae对铣削力的影响不显著。因此,表明建立的铣削力模型准确。本研究对优化切削加工工艺参数、改善刀具磨损和加工质量具有重要的借鉴意义。

在高速铣削高温合金GH2132的过程中,刀具磨损严重、刀具寿命较短。在一定条件下,涂层刀具在稳定磨损阶段能够生成耐磨损或自润滑的氧化物薄膜层(自组织结构),此结构能够起到提高刀具切削性能、延缓磨损以及延长使用寿命的作用。基于此,进行高速铣削涂层刀具表面自组织结构研究,以提高刀具寿命。结果表明:高速铣削高温合金GH2132时,PVD-AlTiN硬质合金刀具表面自组织结构稳定存在的条件为F_(x)=90~105 N、F_(y)=115~168 N、F_(z)=410~510 N、σ_(s)=-735~-873 MPa。研究结果为涂层刀具加工高温合金提供了参考,并且有助于绿色智能制造。

通过设计正交试验方案,在不同的切削参数下进行CVD涂层刀具高速铣削天然大理石磨损试验。采用网格法估算刀具磨损面积,并分析单一切削参数变化对刀具磨损面积的影响规律;用显微镜观测刀具磨损表面,并对CVD涂层刀具高速铣削天然大理石磨损特性分析。实验结果表明：CVD涂层刀具高速铣削天然大理石过程中,刀具的磨损面积随着切削速度的增加而减小,随着进给速度和切削深度的增加而增加;刀具的主要磨损形态有：机械犁沟与崩刃、涂层与基体剥离、积屑瘤。

以6061铝合金为研究对象,在高速加工中心上对6061铝合金进行铣削加工,对加工后的工件表面粗糙度、材料去除率以及铣削力进行相应的测量和分析,通过切削加工实验的方法针对不同工艺参数组合方式以及不同刀具材料对加工效率和加工质量的影响情况展开研究,从而确定最优工艺参数组合以及最佳刀具材料。研究结果表明硬质合金刀具的切削性能优于TIALN涂层刀具,当主轴转速为8000r/min,进给速度为1600mm/min,切削深度为0.2mm时,工件的表面质量最好,表面粗糙度Ra可达到0.14μm,同时材料去除率可以达到46310mm 3/min,当主轴转速为8000r/min,进给速度为1600mm/min,切削深度为0.05mm时,铣削力分别是10N(X),11N(Y),7N(Z),该工艺参数组合可以提高刀具耐用度。

高速铣削加工过程中走刀方式对刀具寿命和零件加工质量有较大影响,对于精密模具用淬硬钢的高速切削方式进行刀具磨损研究具有现实意义。研究摆线走刀方式在不同循环圆半径和轨迹间距下对高速硬铣削淬硬钢时的刀具磨损影响并与行切方式进行对比。设计双因素试验并进行实际加工,建立后刀面磨损量与切削长度及材料去除量的关系曲线;并通过方差及贡献率分析,获得走刀方式和轨迹间距对切削长度、材料去除量和材料去除率的影响程度。结果表明,相同条件下摆线加工的刀具磨损程度低于行切加工,适当增大循环圆半径、减小轨迹间距可控制摆线加工的刀具磨损、增大切削长度和材料去除量。

高速铣削技术被广泛应用于制造淬硬钢精密模具,将轴向切深进一步增大可带来效率的显著提高,但由于淬硬钢高硬度、高耐磨性的特点,也会引起刀具磨损加快等问题。以淬硬钢型腔模具为切削对象,设计型腔光滑连续切削环切路径,考虑两种较大轴向切深,开展深切高速铣削的刀具磨损研究。结果表明进一步增大轴向切深会引起刀具磨损加快,刀具寿命降低,而氧化磨损、粘结磨损等微观分析还表明进一步增大轴向切深后刀具载荷更大、刀具温度更高。

以铸铝合金薄壁件为加工对象，分别研究不同的切削速度、每齿进给量、径向切深对表面质量和切削力的影响规律，并优化切削参数的选择，力求为合理选择高速切削加工参数提供可靠依据。

依据高速铣削表面粗糙度预测模型，建立了以提高加工效率为目标的优化模型，运用遗传算法对铣削参数进行了优化计算，得到了不同表面粗糙度要求下较优的铣削参数组合方案。应用优化的参数进行加工，表面加工质量得到了保证，同时效率也有所提高。