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.     

基于有限元的金属切屑过程仿真研究

阐述了金属切削有限元仿真的优势和理论方法.基于大变形有限元理论,建立了金属切削的有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了切屑形成过程的仿真.通过仿真结果,可以比较直观看到应力,温度等在切屑形成过程中的分布和变化.     

金属切削温度场数值模拟的若干问题研究

基于理论分析和实际有限元数值模拟计算中遇到的问题,研究、讨论了切屑分离标准、表面接触、摩擦系数的设定、切屑与工件之间的连接以及热应力耦合分析等各项技术,并应用大型有限元分析软件ANSYS,具体分析了金属切削过程中应力和应变的变化、剪切面的形成以及温度场对金属切削的影响,并依此对刀具作强度分析,得到若干结论。     

Inconel 718镍基高温合金铣削过程的数值模拟

在镍基高温合金Inconel 718的铣削过程中,切削参数对铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态等影响显著.为了提高工件加工表面质量和加工效率,通过有限元分析软件ABAQUS建立镍基高温合金Inconel 718三维铣削模型,进行Inconel 718镍基高温合金连续铣削仿真分析,重点研究了不同切削条件下切削温度、切削...     

基于ANSYS/LS-DYNA的切削过程有限元模拟

金属切削过程是一个非常复杂的弹塑性变形过程。本文运用有限元分析理论及弹性力学理论,充分考虑到材料的本构关系、切屑与材料的分离准则以及切屑与刀具间的接触与摩擦,运用数值仿真软件LS-DYNA(一款非线性显式动力学分析软件)对切削过程进行有限元分析。结果表明:切屑的形成过程是材料受到刀具挤压产生剪切滑移的过程;最大等效应力在切削起初迅速增大直至一定值附近波动,此时进入切削稳定状态;最大等效应力随着切削速度的增大而减小;切削厚度越大,最大等效应力越大。     

干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验

建立了基于拉格朗日增量法的切削有限元模拟模型并分析了正交干切削6061-T6过程中切削力以及切削温度的变化.工件材料的流动应力看成是应力、应变以及温度的函数.模拟过程从刀具切入工件开始直到达到稳态.计算结果包括切屑形态,以及应变、应力、应变速度和温度的分布.同样条件下的多组切削试验用于验证有限元模型的正确性.     

振动切削中应力波传播的有限元分析

通过有限元分析验证了在振动切削时冲击载荷的作用极大的影响着切屑的形成,刀具与切屑的冲击作用使得切削加工区域的应力波不断产生并传播,正是应力波的反复作用使得切削区内的金属疲劳不断产生微裂纹和裂纹.从而表明了振动切削加工方法有利于微裂纹的萌生与扩展,并降低了刀-屑间的摩擦,使切削力降低,加工精度提高.     

切屑数值模拟研究之中碳钢的高速加工

通过建立的正交切削有限元模型,采用Cockroft-Latham切屑断裂标准作为工件材料失效准则对45号钢高速加工过程进行了数值模拟,得到了崩碎状切屑的形成过程。并对切削过程中获得的切削力曲线及切削温度场分布进行了分析。加工过程中由于崩碎状切屑的不断产生导致切削力及切削温度产生较大的波动。数值模拟结果为进一步研究45号钢高速加工切削机理及切削参数优化、刀具几何尺寸的设计提供了基础。     

直角干切削动态传热模型

分析了切削加工过程中的切削热分布，建立了切屑动态传热模型，并结合刀具传热模型，得出了直角干切削过程中摩擦热在切屑和刀具间的能量分配比Ｒｆ和切屑，刀具内温度分布的理论计算方法。     

剪切温度对车削加工GH4169镍基高温合金的影响

通过一系列GH4169镍基高温合金切削实验并制备其切屑金相,分析比较了理论计算及有限元仿真所得剪切温度值,探讨了剪切温度对其切屑形成的影响.结果表明:利用有限元仿真所得剪切温度值更接近实际值;当切削速度为250 m/min时,剪切温度值为880.8℃,此时材料的屈服强度降幅较大,材料内部组织发生变化而形成锯齿形切屑;当切削速度为30,65 m/min时,则没有形成锯齿形切屑.所研究的内容有利于优化GH4169的加工工艺.     

强化冷却下正交切削Ti6Al4V合金的有限元分析

为正确分析切削介质的强化冷却对金属切削过程的影响，应用通用商业有限元软件Deform-2D，对航空用钛合金Ti6Al4V进行了强化冷却条件下的正交切削有限元模拟．通过几何建模、网格划分、边界条件的设定以及材料本构模型的选取等，模拟了Ti6Al4V合金锯齿状切屑的形成过程；文中还分析和探讨了不同强化冷却条件下的切屑形成、切削力以及切削温度的变化．结果表明：随着换热系数的增大，刀具前刀面的平均温度逐渐减小，而换热系数的高低对切削力及前刀面最高切削温度的变化无显著影响．     

干切削加工对刀具性能的要求

传统的湿切加工使用切屑液进行冷却,由于切屑液对环境造成一定的污染,一种新型的切削加工方法--干切削加工已问世.干切削由于不使用切削液冷却刀具,因此对刀具的材料、涂层技术及刀具几何形状等性能方面要求较高.     

硬态车削轴承钢GCr15切屑形成机理分析

使用有限元仿真软件ABAQUS对硬态车削淬硬轴承钢GCr15（62HRC）的切削过程进行仿真,从切屑形态出发,结合切削力和切削温度等场量对切屑的形成过程进行分析.结果表明：在低速（60 m/min）切削时,没有形成明显的绝热剪切带而形成了连续切屑;在高速（181 m/min）切削时,形成了锯齿状切屑和绝热剪切带,且因绝热剪切区的热软化效应而使材料的承载能力下降,切削力发生波动;在高速切削时,工件与切屑自由表面处出现了微裂纹,并在一定程度上沿绝热剪切带而向刀尖方向扩展,使得锯齿更加明显,导致切削力“二次下降”并推迟了下一锯齿节块的形成;硬态车削淬硬轴承钢GCr15的绝热剪切是形成锯齿状切屑的前提,而周期性微裂纹的出现和扩展则是源于绝热剪切作用下材料发生的韧性断裂.     

切屑流出角的测量及对斜角切削模型的初步探讨

本文是我们组第一阶段研究工作的小结。文中首先指出以往人们在测量切屑流出角时,由于采用的测量方法欠妥因而得出只存在一个单一的切屑流出角的很不完整的结论。这个概念广为流传,影响了对斜角切削机理的正确认识。事实上,斜角自由切削时,切屑上各点的流出方向是不相同的。文中推导出了一个计算切屑上任意一点的切屑流出角公式,并在各点切屑流出角不相同的基础上,提出了对斜角切削模型的设想。     

切屑的控制

在金属加工中获得的切屑,其形状是多种多样的.由于现代切削技术的提高,切削速度已达到了很高的水平,切削条件很恶劣时,常常会产生大量"不可接受"的切屑.切屑的失控,将会影响自动车床或数控机床的正常生产,损坏刀具和划伤已加工表面,更有甚者,会直接影响到操作者的人身安全.因此,有必要对切屑的卷曲和断屑方法进行研究、探讨,以便对切屑形态进行有效地控制.     

切屑流出角的测量及对斜角切削模型的初步探讨

本文是我们组第一阶段研究工作的小结。文中首先指出以往人们在测量切屑流出角时,由于采用的测量方法欠妥因而得出只存在一个单一的切屑流出角的很不完整的结论。这个概念广为流传,影响了对斜角切削机理的正确认识。事实上,斜角自由切削时,切屑上各点的流出方向是不相同的。文中推导出了一个计算切屑上任意一点的切屑流出角公式,并在各点切屑流出角不相同的基础上,提出了对斜角切削模型的设想。     

带圆弧型卷屑槽刀具的直角干切削动态传热模型

分析了带圆弧型卷屑槽刀具在正交干切削加工过程中切削热的产生及分布，建立了剪切功分析模型和切屑动态传热模型，并结合刀具传热模型，得出了摩擦热在切屑和刀具间的能量分配比Ｒｆ和切屑、刀具内动态温度分布的理论计算方法。     

金属振动切削的数值模拟研究

针对材料高速切削过程提出基于耦合欧拉-拉格朗日表述的有限元模型.该模型在消除网格畸变、无需网格再划分和应用分离准则的条件下,由材料塑性流动控制切削过程中切屑材料的分离行为,突破了拉格朗日方法中预设切屑材料沿直线轨迹分离的局限性.研究表明,该模型可用于材料振动切削过程的数值模拟研究.本文主要针对该过程中切削力、加工表面完整性、切屑形貌及其转变等行为进行模拟研究.     

预应力硬态切削的热力耦合模型及数值分析

基于预应力切削的原理,建立了模拟预应力硬态切削轴承套圈的热力耦合有限元模型,采用任意拉格朗日－欧拉方法(ALE)和网格自适应技术来实现切屑的分离。分析研究了工件材料的本构关系、刀屑接触面的摩擦模型以及热控制方程等切削模拟中的关键技术。将不同预应力条件下数值模拟结果与实验数据进行了比较和分析,两者具有较好的一致性。     

基于有限元仿真的聚酰亚胺切削参数优化

采用VUMAT子程序嵌入法,考察了聚酰亚胺高分子材料弹性变形阶段的应力-应变关系,并通过三维热-力耦合有限元模型分析了切削工艺参数对聚酰亚胺铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态的影响规律.结果发现:随着进给量的增大,仿真的切削力、切削温度增加或升高,切屑的带状化程度变得严重.随后利用切削实验,验证了仿真模型的有效性与准...