直角切削的热力建模与仿真分析

基于不等分剪切区模型,提出了一个直角切削的热力建模方法.在剪切区,用Johnson-Cook方程表示材料的本构关系,并建立了切屑通过剪切区的速度、应变、应力和温度的控制方程.在刀具/切屑面上,引入依赖切屑速度的摩擦经验公式.通过数值迭代方法计算出流动应力,并考虑了加工硬化和热软化对流动应力的影响.最后预测了各种不同加工条件下的切削力,并与已有文献的直角切削实验数据做比较,发现结果基本一致.提出的模型不需额外的测试,仅需要材料属性和切削条件就能预测出直角切削的切削力.     

基于流线理论计算正交切削中应变率和应变的方法

依据流体力学中的流线理论,选用了一个较为通用的流线模型,对正交金属切削时的塑性变形进行了分析研究.对实验获得的切削中的流线轨迹和流线模型进行拟合,确定了模型中的几何参数.应用流线理论和塑性理论相结合的方法,计算了剪切区的应变率分布,其结果与前人的实验和计算结果基本吻合,说明此流线模型可以用来分析金属切削中的塑性变形.对应变率进行数值积分,得到了剪切区的应变分布.根据计算的应变结果,提出了一种定义剪切区形状的方法.     

切削区温度分布研究

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.本文通过分析切削力和刀—屑接触长度的计算,建立了刀—屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,采用有限元法对稳态切削过程中切削温度分布进行了计算,得到了切削区切削温度的分布情况.     

圆弧铣刀瞬态切削力建模与数值仿真

提出圆弧铣刀(R刀)几何模型描述方法,建立基于机械力学的圆弧铣刀切削力预报模型.该模型分别考虑前刀面剪切效应与后刀面犁切效应,通过计算微元切削刃空间位置角和不同轴向高度处的切入、切出角方法获取瞬时切削区域,应用空间解析几何三维坐标变换原理实现微元切削力从局部坐标系向刀具整体坐标系下转换,借助科学计算软件Matlab实现数值仿真.模型中切削力系数由42CrMo4切削试验的切削力数据拟合得出.两组试验结果与仿真结果的对比,验证预报模型的有效性.     

正交切削淬硬45钢绝热剪切临界条件实验研究

进行了3种硬度淬硬45钢的正交切削实验,通过金相观测研究了切削条件对第一变形区绝热剪切的影响,得到了淬硬45钢在正交切削过程中的绝热剪切临界切削条件,并分析了平均切削力和切屑变形.结果表明：淬硬45钢的绝热剪切临界切削速度随着切削厚度的减小或刀具前角的增大而增大.材料硬度越高,临界切削速度越小.在绝热剪切发生时,平均切削力不发生突变.在绝热剪切发生之前,带状切屑的变形系数随着切削速度的增大而减小,并逐渐趋近于1.     

梯形槽切削的切削力数学模型

根据对剪切面上应力状态的不同假设，分别建立了两种不同的梯形槽切削力数学模型。模型I假设剪切面上的应力满足平衡条件，模型Ⅱ假设剪切面为最大剪应力面。以此为基础，分别推导了相应的切削力理论公式及切削方程式。同时，进一步分析了非完整切深梯形槽切削的切削力。通过大量实验表明，按模型Ⅱ推导的切削力公式及切削方程式所预测的理论值与实验值具有较好的一致性。     

微纳尺度下铣削力模型

为了真实反映微纳尺度下铣削力的变化规律,在充分考虑微铣削过程中刀具钝圆半径、最小切削厚度、弹性恢复等条件下,区分材料变形的剪切区和犁耕区,运用正交切削理论分区建立单元切削力,并由实验数据标定剪切区和犁耕区的切削系数,建立了一个新的微纳尺度下的铣削力模型.实验与仿真结果表明:新模型较真实地反映了微纳尺度下复杂的铣削力,修正了现有铣削力模型,为微切削加工机理研究、加工表面质量控制和刀具磨损的监测等提供了一定的参考依据.     

虚拟加工过程中切削力建模和预报

在Oxley的切屑形成模型基础上，根据切削力预报反问题的原理及其求解建立了一种更为精确的切削力预报算法，预报过程可以显示切削参数和刀具结构对前刀面边界条件和材料常数的影响。切削力预报统计结果表明，主切削力的平均误差为1.2896%，径向力的平均误差为3.1917%，尤其适合高速切削。     

计算机动画与仿真技术在金属切削变形教学中的应用

把计算机动画模拟和仿真技术应用到金属切削原理的教学中，利用图象、动画、声音播放等多媒体技术，演示金属削切变形区中金属晶粒的剪切、滑移和拉伸的过程、根据Ｍｅｒｃｈａｎｔ和Ｌｅｅａｎｄ Ｓｈａｆｆｅｒ公式以及切削力实验数据，动态仿真切削时摩擦角和剪切角的变化情况，并对两公式的计算结果进行比较。     

基于局部摩擦因数模型的切削力预测建模

基于局部摩擦因数模型分别建立前刀面摩擦区、切削刃钝圆区、后刀面摩擦区的受力预测模型,进而获得切削力预测值.以钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）刀具和20Cr2Ni4合金钢为研究对象建立直角切削实验,通过三向测力仪测量直角切削主切削力和切深抗力,并与预测切削力进行对比,数值基本吻合.分析了切削参数以及刀具前角对切削力大小的影响规律.结果表明切削力随切削速度和刀具前角的增加有减小的趋势,随着切削深度的增加明显增大.      

倒角刀刃切削过程中切削力的有限元法预测

提出了一个预测倒角刀刃切削过程中切削力大小的有限元分析模型．综合考虑了切削加工过程中大应变、大应变速率和高温对工件材料属性的影响，将工件材料的流动应力看成是应变、应变速率和温度的函数．模拟过程从刀具切入工件开始，到切削力达稳态为止．切屑的分离通过商业有限元分析软件Marc中的自适应网格重划分功能实现．采用不同切削条件下切削力的测量结果对有限元分析结果进行验证，发现二者具有较好的一致性．文申最后还分析了刀刃的几何参数对切削力的影响．     

二维金属切削的热力耦合模型及数值模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性问题,还涉及到热力耦合问题.针对典型的正交切削工艺,采用大型商业有限元软件MSC.Marc,基于热弹塑性有限元方法并在一定假设的条件下建立了考虑金属正交切削热力耦合有限元模型.分析了切屑分离准则、自适应网格等切屑加工模拟的关键因素.对建立的模型进行了有限元分析,得到了切屑成形、温度分布、切削力变化等结果.     

滚切剪剪切力的计算

本文参照了斜刃剪剪切力的计算方法,推导出了适合滚切剪剪切力的计算公式,并用实验数据进行了验证．     

采用能量法预报切削力

基于剪切角的最小能量解，对正交切削时的切削力进行了理论预报。计算过程由计算机完成。验证试验的结果表明，理论计算值与实测数据有一个系统差值。这个系统差值即刀具刃口及后刀面上的作用力，其数值范围与先前的实际测定结果取得了定性上的一致。将系统差值修正后，切削力的计算误差小于３％．最后讨论了研究金属切削过程考虑温度与应变率对被加工材料流动应力特性影响的必要性。     

切削刀具倒棱刃口挤压力的理论计算

根据试验观察．揭出了刀具刃口带负倒棱时的切削模型。在此模型中,刀具刃口 存在一个“金属死区”。以新模型为基础．采用能量法,对高温、高应变率下刀具刃 口的挤压力进行了理论计算。所做工作的特点是：１）在材料变形分析中计入了挤压 层金属绕过刀具刃口时的过剩变形;２）进行有关材料变形与物理特性的计算时,考 虑了温度与应变率的影响。利用新研制的压电式切削测力仪进行验证试验,其结果表 明,理论计算值与实测数据较好一致。     

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.     

圆锥齿切削破岩的切削力估算

通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现:峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.     

利用切削比推算切削力

介绍在二维切削中，利用切削比推算切削力的方法。与以往的切削力理论公式相比，用该方法计算出的切削力值更接近于实测值。     

切削过程的自适应模糊控制

针对恒力切削过程自适应控制,设计了包括切削过程的闭环控制系统.对于具有高度非线性、随机干扰严重的复杂动态过程,采用在线调整参数的自适应模糊控制器,并应用虚拟加工过程建立模型和预报切削力.通过对切削力的检测获取切削过程的特征信息,用切削力比确定进给速度调整率,以切削力偏差和偏差变化率作为评价指标,实现恒力切削过程的自适应控制.仿真和切削试验表明,系统具有良好的切削力控制精度和稳定性,在提高金属切除率时有效地降低了刀具破损的发生.