- 陈孝洲;邓福铭;邓雯丽;宗文俊;刘子逸;邢晓天;余浚哲;
单晶金刚石超精密切削技术是制造纳米级表面的光学元件、超精密器件的重要加工工艺之一。在精密切削加工过程中，单晶金刚石刀具前刀面与切屑之间的摩擦磨损导致刀具寿命缩短、摩擦生热，进而使加工表面质量降低。针对上述问题，提出在金刚石（100）晶面进行镓离子（Ga）注入的刀具表面改性方法，提高单晶金刚石刀具的超精密加工性能。研究发现，随着镓离子注入浓度从4.65%增大到32.26%，金刚石（100）晶面表面能的降低幅度从21.16%变化到33.08%，液滴接触角分别从35.2°增大到64.3°。单晶金刚石刀具干切削试验表明，镓离子改性金刚石刀具在超精密切削过程中产生的切削力更小，加工表面质量更优，当镓离子注入剂量≥13.7×10~(13)时加工工件表面粗糙度可控制在Sa10 nm以内。
2025年08期 v.59;No.624 17-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1648K] [下载次数：26 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] - 龚煜轩;朱柏崴;刘二亮;庄百亮;
通过试验对比普通钻削与超声辅助钻削在不同加工参数下对CFRP/Cu叠层材料的加工性能，重点分析加工模式和参数对轴向力、孔缺陷、孔壁粗糙度及表面形貌的影响。研究表明：超声辅助钻削在降低轴向力和孔缺陷、改善孔壁表面质量方面具有显著优势，尤其在低进给量下，超声辅助钻削的轴向力显著低于普通钻削，能够有效减少CFRP层入口处的撕裂和毛刺缺陷。同时，超声辅助钻削可以减轻切削力对材料的推挤作用，从而显著降低Cu层出口处的毛刺高度。此外，超声辅助钻削通过减小轴向力和刀具与材料之间的摩擦，能够显著提升孔壁表面的光洁程度，降低孔壁粗糙度。研究还发现，转速和进给量对轴向力和加工质量也有较大影响。在普通和超声辅助钻削中，较低进给量和较高的转速可以降低轴向力和孔壁粗糙度，减少孔缺陷。经过优选，在进给量为0.01 mm/r和转速为4 000 r/min的条件下，超声辅助钻削对CFRP/Cu叠层材料的钻削效果最佳。
2025年08期 v.59;No.624 23-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2049K] [下载次数：21 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 王俊皓;张昌娟;焦锋;曹永静;
通过与常规切削、激光辅助切削和超声辅助切削方法的切削力和表面质量进行对比分析得出，激光超声复合切削过程中的切深抗力（F_y）、主切削力（F_z）以及进给抗力（F_x）平均切削力分别减小了约48.70%、50.87%、44.32%,40.01%、47.57%、35.79%,26.94%、19.36%、19.75%。此外，表面粗糙度Ra值分别减小了约70.96%,49.51%和57.61%，证明激光超声复合切削更有利于加工硬质合金。通过正交试验分析可知，激光超声复合切削过程中的切削力随激光功率的增大而减小，随着切削速度的增大先减小后增大，与进给量和切削深度呈正相关。
2025年08期 v.59;No.624 30-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 1432K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 沈维静;赵国龙;李加森;赵威;李亮;
以难加工材料FGH97粉末高温合金为研究对象，使用涂层硬质合金刀具对其进行侧铣加工，通过正交试验法分析不同铣削参数组合（包括切削速度v_c、切削宽度a_e、每齿进给量f_z）对铣削合力F_∑、表面粗糙度Sa的影响规律，并探讨侧铣加工过程中刀片后刀面磨损的主要形式。结果表明：每齿进给量和切削宽度对铣削合力具有显著影响，组内最优铣削参数组合能够减小30%的铣削合力F_∑；切削速度和每齿进给量对表面粗糙度产生较大影响，组内最优铣削参数组合降低32%的工件表面粗糙度Sa。此外，刀片后刀面的主要磨损形式是黏结磨损，刀片的快速磨损现象也显著影响工件表面质量。
2025年08期 v.59;No.624 36-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 1379K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 谷卫洲;孙家豪;张建华;张勤河;陈兆睿;郭传鑫;
为了探究锯切加工Q235钢时不同的锯条材料与加工参数对锯切力及工件表面形貌的影响，分别使用双金属带锯条与硬质合金带锯条对Q235方钢进行低速锯切实验。实验结果表明，低速工况下，双金属与硬质合金锯条的切向力最大值均处于100～550 N，进给力最大值均处于25～200 N，相同进给速度下切向力最大值大于进给力的最大值，三向锯切力呈现出随着进给速度的增大而增大的趋势。分别对比两种锯条的锯切力可以发现，在相同条件下，硬质合金锯条的锯切力小于双金属锯条的锯切力，且使用硬质合金锯条锯切的工件表面质量也更高，这说明硬质合金锯条在低速锯切工况下比双金属锯条更有优势。在此基础上，进一步对硬质合金锯条进行高速锯切实验，研究结果表明，在高速工况下，硬质合金锯条的三向锯切力随着线速度的增大均呈现降低的趋势，且表面算术平均偏差Sa由16.157 0μm降至12.025 8μm，降低了25.57%，这说明硬质合金锯条在高速工况下仍能发挥优良的锯切性能。
2025年08期 v.59;No.624 42-51页 [查看摘要][在线阅读][下载 2005K] [下载次数：24 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 高珠力;金成哲;史佳星;刘玮;
A356铝硅合金在插铣加工中会产生较大切削力，降低已加工表面质量，影响插铣加工效率。为减小插铣切削力并增大切削效率，通过插铣切削试验和响应曲面法，以切削速度、每齿进给量和步距作为优化设计变量，以切削力作为响应性能指标，建立插铣A356铝硅合金切削力的响应回归预测模型。通过切削力回归模型显著性P值和R~2值计算分析，验证模型的合理性与可靠性。在选定的插铣参数下，步距对切削力的影响最大，其次为每齿进给量，切削速度对切削力的影响最小。通过交互作用三维响应面图，确定低切削力和高切削效率下的最优切削参数组合为切削速度v_c=120 m/min，每齿进给量f_z=0.15 mm/z，步距a_s=0.8 mm。
2025年08期 v.59;No.624 52-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1293K] [下载次数：23 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 李逸林;张明亮;吉红伟;吕维迪;
针对高硅铝合金加工表面质量差和切削刀具磨损严重等问题。选择70%Si/Al(Si的质量分数为70%)合金材料，采用人造多晶金刚石（PCD）刀具，分别进行以主轴转速与进给量为变量的单因素铣削试验，探索主轴转速与进给量对刀具磨损程度、加工表面质量和加工表面粗糙度的影响。试验结果显示，铣削过程中PCD铣刀主要的磨损形式为Si颗粒的高频冲击和刻划造成的磨粒磨损。在主轴转速为10 000 r/min、进给量为0.03 mm/r的铣削参数下，铣削距离达100 m以上，刀具磨损量较小，加工表面粗糙度较低，表面质量较好。由于存在Si颗粒碎裂、拔出、切断、压入等现象，铣削表面形成凹坑和沟痕等缺陷。随着铣削参数的变化，Si颗粒破损形式发生改变，铣削表面微观形貌出现差异，由此对工件表面粗糙度造成一定程度的影响。
2025年08期 v.59;No.624 57-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 1709K] [下载次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 宋畅;王浩斌;张秀云;洪常意;李骥;王奔;
为提高CFRP/铝合金叠层材料制孔质量，满足CFRP和铝合金板装配连接性能的要求，开展不同涂层刀具分别钻削CFRP和铝合金的钻孔试验。通过分析钻削过程中的轴向力、孔径精度、刀具磨损和孔出口质量，探究两种涂层刀具对CFRP/铝合金叠层材料的制孔性能。研究结果表明：AN涂层刀具在钻削CFRP和铝合金时轴向力更大；类金刚石涂层刀具相比于AN涂层刀具的制孔出口质量更加优异；类金刚石涂层刀具的制孔精度更高，孔径差值更小，在CFRP/铝合金材料叠层制孔时性能更优。
2025年08期 v.59;No.624 63-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1495K] [下载次数：20 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ]
- 吴嘉豪;王鹏;阎兵
;李庚
;
利用ABAQUS有限元仿真软件建立全数控渐缩齿锥齿轮铣齿加工大轮物理仿真模型，设定不同切削参数，计算铣齿切削过程中的切削力和切削温度最大值、均值。采用正交试验法对切削力和切削温度进行极差分析，明确切削力和切削热的影响规律，选出最优的工艺参数组合。结果表明，影响切削力的主要因素为切削深度，影响切削热的主要因素为切削速度。确定铣齿切削力和切削温度最大值、均值影响因素的最优水平组合：切削速度为13.13 rad/s，切削深度为0.2 mm，刀齿主切削刃前角为15°。基于极差分析优水平组合控制单因素试验变量，获得各因素在不同水平下的切削力和温度变化特征，经验证表明，其与正交试验结果具有一致性。
2025年08期 v.59;No.624 69-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1661K] [下载次数：16 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 崔方圆;李鹏阳;李言;陈小龙;
锯齿状切屑是钛合金高速切削加工中的显著特征，会引起切削力的高频周期性波动，进而影响工件已加工表面质量。深入了解锯齿状切屑的形成过程及演变机理有助于优化高速切削加工工艺。本文通过确立材料本构模型、刀—屑分离准则和摩擦模型，创建钛合金高速切削热力耦合有限元模型，并对单节锯齿状切屑形态演变过程中的等效塑性应变、温度场和应力场分布规律进行实时动态分析。在此基础上，提出钛合金高速切削锯齿状切屑的四阶段演变模型。研究结果表明：锯齿状切屑的形成过程可以分为绝热剪切带的启动阶段、萌生阶段、快速发展阶段和沿着绝热剪切带的整体集中剪切滑移阶段，绝热剪切带内的材料发生热塑失稳是锯齿状切屑形成的诱因，试验结果可很好地揭示钛合金高速切削过程中锯齿状切屑的形成过程和演变机理。
2025年08期 v.59;No.624 78-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1438K] [下载次数：54 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 官文杰;孙浩;董鹏;姚斌;唐炼;
硬质合金可转位刀片的周边刃磨削质量很大程度决定了刀片的使用性能和寿命。为合理规划工艺参数，预测周边刃磨削过程的磨削力，根据砂轮磨粒尺寸及位置随机分布规律建立虚拟砂轮表面，并在研究单颗磨粒磨削硬质合金的磨削力的基础上，考虑到轴向进给端面磨削的运动方式导致磨粒间磨削参数相互影响，采用单元切分法将磨削区域及砂轮磨粒进行切分，对每个计算时间步长的每个磨粒单元进行计算，从而建立砂轮磨削力计算模型。将硬质合金磨削实验获取的磨削力值与磨削力预测值进行对比，验证了磨削力模型的准确性，并对实验结果进行分析得到磨削深度、磨削速度、进给速度对磨削力影响的主次顺序。
2025年08期 v.59;No.624 85-93页 [查看摘要][在线阅读][下载 1809K] [下载次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 朴昌海;金成哲;宋长远;刘玮;
AlSi10Mg铝硅合金因其优良的性能广泛应用于汽车领域，但高效经济加工AlSi10Mg铝硅合金是一个有待解决的难题，而高进给铣削可在较大的进给量和较小的切削力下实现高效切削加工。为研究切削参数对高进给铣削加工AlSi10Mg铝硅合金过程中切削力的影响，通过正交试验法对切削过程进行有限元仿真和切削试验，并利用极差分析法对试验结果进行分析。研究结果表明：切削参数影响切削力的主次顺序依次为轴向切削深度、每齿进给量和切削速度；最优切削参数组合为v_c=160 m/min,a_p=0.4 mm,f_z=0.5 mm/z。高进给铣削过程中的切削力，会随着轴向切削深度、每齿进给量和切削速度的增大而增大；仿真和切削试验结果具有相同的变化趋势，对比计算仿真与试验结果的平均差值为9.6%，验证仿真模型的准确合理性。
2025年08期 v.59;No.624 94-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1219K] [下载次数：25 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 杨劲威;沈春根;戴欣雨;潘云龙;
提出一种结合二维耦合三维循环对称模型的新型仿真方法来分析高速机床主轴—轴承—刀具系统的动力学特性。该方法基于有限元法，集成二维傅里叶多谐波与三维循环对称建模技术，实现对机夹立铣刀系统动态响应的精确预测。研究表明，该方法不仅显著提高系统动力学特性的计算效率，还为系统设计与故障诊断提供有效的理论支持。通过对刀柄与刀杆接触面的详细分析，验证该方法的实用性与可靠性。模拟分析表明，该方法在处理复杂模型时能够显著提升计算效率和结果的可靠性。
2025年08期 v.59;No.624 99-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1443K] [下载次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 韦世勇;梁庆铧;陆龙生;黄光景;谢颖熙;高孝洋;姚云鹏;
超薄叶轮的精密制造是影响航空发动机性能的重要因素之一。针对轻型航空发动机2A70铝合金超薄叶轮在常规加工中易变形的问题，进行综合考虑加工效率和加工精度的工艺研究。基于对超薄叶轮的几何结构分析和常规加工工艺分析，提出一种混合加工工艺；建立超薄叶轮的简化有限元模型进行多加工节点力学仿真，分析在常规和混合工艺条件下超薄叶轮叶片的形变位移。结果表明，混合加工工艺能显著降低加工过程中超薄叶片的变形，有利于改善叶片轮廓超差问题。对超薄叶轮进行精密加工测试，实验结果验证混合加工工艺的实用性和有效性。
2025年08期 v.59;No.624 105-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1525K] [下载次数：42 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 张继波;吕德瑾;费建红;王必永;
热熔钻是3C加工领域中，尤其对于TC4难加工材料的新型孔加工技术。本文通过设计3种不同热熔钻结构，结合热熔钻钻削原理以及钛合金塑性变形特点，分析热熔钻钻削TC4产生的刀具磨损、加工表面质量以及刀具寿命，得出最优的热熔钻轮廓结构。
2025年08期 v.59;No.624 111-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 1670K] [下载次数：9 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 杨德存;贠庆芳;王春江;向志杨;文小山;
塑性金属材料钻孔极易出现断屑不畅的问题，影响管孔加工效率和质量。针对机夹钻钻削钛钢复合板断屑不畅的问题，通过切屑折断机理分析和研究，提出一套机夹钻钻尖断屑槽优化设计方法，并拟定实验方案进行钛钢复合板钻孔实验。实验结果表明，优化后的断屑槽可有效提升其钻削钛钢复合板的断屑性能，相对无断屑槽可换钻尖机夹钻，切屑长度缩短为原来的约50%，钻孔加工的平稳性得到提升；由于优化后前角增大，钻削钛钢复合板时Z向切削力减小约30%。
2025年08期 v.59;No.624 116-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 1657K] [下载次数：4 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 赵金伟;张志军;
以CVT变速箱带轮零件加工过程中超硬材料刀具的切削性能为研究对象，依据带轮零件的关键特征及其加工特点，总结典型特征加工刀具的失效形式及对策。进而以内孔刀具微崩刃问题解决过程为例，使用正交试验的方法，求解切削速度、每齿进给量和倒棱参数的最优解。根据加工实践，提出一种用于量化分析刀具寿命的异常换刀分析图法，将其与使用寿命分布模型方法和实际加工案例进行结果对比，发现新方法的预测结果与寿命分布模型方法的预测结果高度一致：在保证刀具寿命可靠度高于90%的工艺要求下，分别得到最高刀具寿命为120件和121件的结论。因此，异常换刀分析图法具有工程应用价值。
2025年08期 v.59;No.624 125-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1018K] [下载次数：32 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]