预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。     

预应力硬态切削的残余应力及表面形态

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳寿命.文中针对轴承套圈外滚道表面的残余应力问题,采用预应力硬态切削方法,来主动控制轴承零件加工表面的残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命.通过切削实验对比,分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力和加工表面硬度,并对轴承套圈的加工表面形貌和状态进行了研究.结果表明,预应力硬态切削方法可以在轴承套圈加工表面获得合适的残余压应力状态和良好的表面质量.     

车削加工表面残余应力离散度的实验研究

在干切削和使用冷却润滑液切削的状态下,对45#钢进行粗、精车削,采用数理统计方法,对加工表面残余应力的离散性进行研究.实验结果表明:工件表面残余应力的离散是不可避免的;同一加工表面的残余应力具有一定的离散性,不同工件、不同加工条件下残余应力的离散程度不一样;粗加工表面的残余应力离散程度比精加工表面的大,干切削加工表面残余应力的离散程度大于湿切削;工件的残余应力离散程度都在一个有限的范围,因而可以通过制定残余应力公差来指导工件的加工和检测,以保证工件表面残余应力的控制精度.     

预应力硬态切削对轴承套圈加工表面残余应力及形态的影响

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力的分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳强度及寿命,本文针对轴承套圈外滚道表面残余应力的问题,采用预应力硬态切削方法,以主动控制轴承零件加工表面残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命。文中对比和分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力,并研究了加工表面硬度、表面粗糙度以及表面状态等。结果表明,预应力硬态切削可以获得满意的残余压应力状态和较好的表面质量。     

基于热力耦合分析的预应力切削残余应力研究

对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合分析,通过对机械应力和热应力在工件表面分布的叠加,发现加工表面存在3种不同的残余应力类型,文中定性讨论了其产生条件,并进一步分析了刀具切削刃钝圆和预应力对工件表面残余应力状态的影响.最后采用不同钝圆半径的刀具和预应力对表面淬火硬化的40Cr合金钢进行硬态切削实验,并将实验结果与理论分析结果进行了对比.结果表明:切削刃钝圆影响残余应力的大小和分布;钝圆半径越大,残余压应力越大,应力层也越厚;预应力可以有效提高加工表面的残余压应力,而对其分布基本没有影响;实验结果和理论分析相吻合,说明文中理论分析是正确的.     

刀具几何参数对已加工表面残余应力影响的模拟

建立了平面应变状态下的正交切削模型,并基于热-弹塑性有限元理论和改进的Lagrange方法,利用有限元软件对切削过程和残余应力的获得过程进行模拟,得到了已加工表面残余应力的分布规律,以及刀具前角和刀刃圆弧半径对残余应力的影响规律。研究发现,残余应力的数值随着圆弧半径的增大而增大,随着刀具前角的增大而减小。本文的结论可为调整和控制残余应力、提高已加工表面质量提供指导。     

振动切削中工件中的应力波传播

主要对振动切削中工件中的应力波进行了分析.根据振动切削时的振动源的特点,结合切削时各切削区的变形特点给出各切削区内的应力波形式,同时对应力波的传播时的具体内容进行了分析计算.     

刃前区应力场及刀具前角对其影响的数值分析

本文用有限元法得出正交切削前角γ分别为15°,0°和-15°时的刃前区弹性应力场的数值解。结果表明,在上述三种情况下,应力都分布在刃前区,而且主要为压应力;当γ为15°时的应力场比0°,-15°时远为集中;随着前角的增大,应力分布向“敏感应力状态”变化,这种状态有利于金属分离。     

反向精切法对调整已加工表面残余应力的研究

本文根据加工硬化总伴随残余应力同时出现的原理,对反向精切法调整已加工表面残余应力进行了研究。试验结果表明:当采用适当的切削厚度(?)反向精切能获得残余压应力并同时获得硬化程度和粗糙度相对较低的表面。反向精切法适用于要求加工硬化程度较低,表面耐磨性要求较高和低残余应力的加工。这种方法具有使用简便和经济的优点.     

基于AM60镁合金超精密车削残余应力仿真及实验

为改善AM60镁合金超精密车削加工工艺方法,采用金属切削理论和有限元分析法对超精密加工进行微米级仿真,建立三维有限元模型,并利用Advent Edge软件对残余应力进行仿真分析,研究切削参数对残余应力的影响规律,为验证仿真的结果,对AM60镁合金压铸件进行车削加工,并利用X射线衍射仪对已加工工件表面残余应力进行测量。仿真结果表明:单点金刚石刀具具有的超高导热性,对残余应力分布的热效应起到了一定的抑制作用。工件表面残余应力随着切削深度的增大而减小,随着切削速度的增加而增大。切削进给量对残余应力的影响最明显,切削速度及切削深度影响较小。通过实验测量结果对仿真结果进行验证,为AM60镁合金超精密车削工件表面残余应力的控制打下一定基础。     

切削温度的理论计算

金属切削加工中,切削热与切削温度是一重要的物理现象,切削温度及其分布直接影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量.本文采用了一种切削温度的计算方法,并通过切削试验对该方法进行了验证.结果表明,在干切条件下,该方法计算的切削温度与试验测得的切削温度吻合较好.     

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.     

高速加工切削参数的选择

文章基于数控机床动力学测试分析和仿真系统,求得加工时的切削稳定域,确定加工参数的范围。依据弯曲应力和挠度变形判定标准,进一步筛选切削参数,缩小试验参数的范围。分析发现,在高速切削时切深与进给率增加搭配应合适,否则导致切削力和主轴功率利用率较大幅度增加,而零件表面粗糙度和单位时间内的材料去除率反而下降。经过试验,得到一组适合的切削参数,采用该组参数加工出了满足设计尺寸精度和表面粗糙度的零件。     

表面残余应力对轴类零件热变形的影响

精密机械热变形计算中，通常只考虑温度在零件中的分布状况对零件变形所产生的影响。以车削零件为研究对象，论述了传统方法的局限性，指出残余应力在零件热变形中所起的作用．在计算轴类零件热变形时考虑了残余应力的影响因素，建立了新的热变形数学模型．对残余应力在长期时效处理后消失时零件变形的规律进行了初步研究，最后通过算例，对残余应力引起的零件变形进行了计算，验证了残余应力对零件变形的影响是不容忽视的。     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

振动切削的应力波机理完善

振动切削作为一种源于"以振抑振"的复合切削加工新工艺,其不可比拟的切削优势日益显著.本文对其在振动攻丝方面进行实验研究,对振动切削微观机理上的研究也有进一步的揭示,给出了振动切削的应力波机理的完善现状,为振动切削的更广泛应用,给定完备的理论基础.     

冲击破煤过程中能量耗散的理论分析

介绍了能量在冲击式破煤过程中的产生、传递和耗散过程以及能量最终的分布范围;运用应力波的方法分析了应力波在煤体中传播过程,并得出能量在衰减过程中衰减率的计算方法;还分析了剥落厚度的计算方法,并得出正弦应力波在煤体中传播时的冲劈厚度和最大煤块尺寸的关系;根据冲击规律和能量的传递特征对能量的传递过程进行了分析,并求出冲击消耗能量和最小散逸能之间的关系,指出了要使煤块破碎必须满足冲击消耗能量要大于最小散逸能。