基于有限元仿真的刀具几何参数优化

为了研究干式切削加工中刀具几何参数对难加工航空材料加工过程和表面质量的影响,建立了二维正交切削有限元模型.利用Advant Edge FEM仿真软件模拟了立方氮化硼刀具干式车削高温合金GH169的过程,分析了刀具前角、后角、刃口钝圆半径对工件表面残余应力的影响.采用矩阵分析法对刀具几何参数对切削力、切削温度和最大残余拉应力的综合影响进行分析计算,得到了最优刀具几何参数组合,延长刀具寿命的同时改善了工件表面质量.     

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。     

大应变切削制备纳米晶/超细晶切屑形成机理的有限元研究

本文建立了大负前角和钝圆半径联合作用的大应变切削模型,采用有限元Deform分析软件模拟较低的切削速度下,刀具前角和钝圆半径对切屑形态、应力、应变、应变速率、切削温度和切削力的影响。实验结果显示,随着刀具前角的减小和钝圆半径的增加,切削变形区中等效应变、应力、应变速率、切削温度和切削力均有一定程度的增加,且刀具前角相比钝圆半径具有更加重要的影响,而负前角切削时,钝圆半径的作用明显减弱。大负前角低速切削条件下,切屑在相对低的温度、较高的应变速率和应力下发生大剪切应变,形成具有纳米晶/超细晶结构和高硬度的切屑材料。     

纳米/超细晶切屑形成机理的有限元研究

建立了大负前角和钝圆半径联合作用的大应变切削模型,采用有限元分析软件模拟较低切削速度下刀具前角和钝圆半径对切屑形态、等效应变、应力、应变速率、切削温度和主切削力的影响.结果显示,随着刀具前角的减小和钝圆半径的增加,切削变形区中的等效应变、应力、应变速率、切削温度和主切削力均有一定程度的增加,且刀具前角比钝圆半径影响更为显著;负前角切削时,钝圆半径的作用明显减弱;大负前角低速切削时,切屑在相对低的温度、较高的应变速率和应力下发生大剪切应变,形成具有纳米/超细晶结构和高硬度的切屑材料.     

车削ZL109铝合金PCD刀具的 几何参数优化仿真

ZL109铝合金对刀具的磨损严重,难以获得较好的加工精度.而刀具几何参数对切削力、切削温度、表面加工质量和刀具耐用度都有重要的影响,对刀具几何参数进行优化具有重要意义.利用材料试验机和SHPB装置对ZL109进行准静态和动态冲击压缩实验,确定ZL109铝合金的本构模型参数.采用单因素试验法,模拟刀具的前角、后角和刀尖圆弧半径对切削力和刀尖温度影响.结果表明:刀尖圆弧半径对X和Y方向切削力的影响最大,前角对Z方向切削力的影响最大,而后角对刀尖温度的影响最大.通过正交试验法和极差分析,当刀具几何参数选择为前角γ0=0°,后角α0=7°,刀尖圆弧半径r=0.4 mm时,PCD车刀切削ZL109铝合金时刀具的切削性能最优.     

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.     

PCBN硬态切削粉末冶金气门座圈的试验研究

为了提高粉末冶金气门座圈实际加工中的加工表面质量和刀具寿命,需要研究聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬态切削时切削参数对切削力的影响规律。文章通过正交试验设计,建立了PCBN刀具硬态切削粉末冶金气门座圈切削力的经验公式,并研究了切削用量对切削力的影响。试验结果表明:PCBN刀具硬态切削粉末冶金气门座圈时,刀尖圆弧半径和负倒棱导致径向力相对较大;切削参数中切削深度和进给量对切削力的影响较大,切削速度的影响相对较小;切削V581过程中,主切削力随着切削速度的增加而有所下降;实际加工中应选用较小的切削深度和进给量、较高的切削速度,以提高加工表面质量和刀具寿命。     

车削氧化锆工程陶瓷中刀具几何参数对刀具磨损的影响

为研究刀具几何参数对车削可加工陶瓷的刀具磨损影响,以氧化锆工程陶瓷为加工对象,以刀具的体积磨损量作为刀具在不同几何参数下磨损程度的衡量标准,通过YG6刀具的外圆车削实验,研究了刀具前角、后角以及刀尖圆弧半径对刀具磨损的影响.实验结果表明:刀具的磨损形式主要是黏着磨损,并伴有部分磨粒磨损;刀具体积磨损量随前角变大,先缓慢减小而后急剧增加;随后角变大,先急剧减小而后缓慢增加;随刀尖圆弧半径变大,逐渐减小.刀尖圆弧半径相对于前角和后角对刀具体积磨损的影响较小.     

Inconel 718微铣削加工表面残余应力有限元仿真

刃口圆弧半径和每齿进给量显著影响微铣削镍基高温合金残余应力,因此进行了基于ABAQUS的Inconel 718微铣削三维仿真研究.基于J-C本构方程模拟材料应力应变关系,得到相同单元在S11和S22两个方向的残余应力值,进而研究每齿进给量对表面残余应力的影响规律.进行Inconel 718微铣削实验,通过X射线衍射法测量不同每齿进给量切削过程中工件进给和垂直进给两个方向上的残余应力.进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为21.1%,平均误差为8.9%;垂直进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为31.0%,平均误差为12.3%,验证了Inconel 718微铣削加工三维有限元仿真模型的准确性.     

铝合金薄壁铸件壳体机加工工艺研究

铝合金薄壁铸件壳体在航空、航天等领域有着广泛的应用,其加工性能好,但结构复杂、硬度低、刚性差、加工时易变形、加工质量难以控制,因此铝合金薄壁壳体的加工一直是机械加工的一个难点。为解决这些问题,首先对残余应力、刀具角度、工件装夹、零件材料这些影响其变形的主要因素进行简要说明和分析;然后针对这些变形因素,提出加工工艺要求。主要包括:对加工刀具及其轨迹进行优化,以提高加工效率改善加工质量,选则合适的刀具材料,增大刀具前角、后角,减少切削时刀具与工件之间产生的摩擦力及切削应力;利用辅助设施、分序过程的间隙进行应力适放以减少加工过程造成的变形;卡具的优化,与零件面接触、受力均匀、避免变形;精车三要素切削深度、速度、走刀量的限定。采用以上工艺加工,可有效减少铝合金薄壁壳体变形,从而满足设计要求。     

刀具加工中机床调整精度分析

本文通过对万能工具铣床加工可转位刀具刀片槽的理论分析和计算机辅助分析，总结出由于加工过程中理论计算和实际调整过程中的舍入误差，三向回转工作台的制造和调整随机误差的存在而导致的刀具角度实际加工后的误差变化规律，同时指出了刃倾角、前角和主偏角选择对实际刀具角度的误差影响，给出了计算机辅助分析的数据和图形，供有关方面参考。     

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.      

刀具平面在正交剖面系内的角度变换及其应用

在刀具前刀面和后刀面的正交剖面系中,利用作者规定的坐标变换矩阵算符和空间平面的截距方程,建立了刀具正交双斜率平面的坐标变换矩阵表达式,可同时变换四个角度(正交剖面的一组前角和一组后角)。如与刀刃矢量的坐标变换结合,则可同时进行刀刃的四个基本角度(前、后、偏、倾)的变换。此法投影变换形象清晰,矩阵运算方法简捷,尤其当进行多次变换时,较之常用方法优点更为突出。     

双刃斜角切削流屑角的研究

流屑角是金属切削过程中的重要特征参数。关于正交切削和单刃斜角切削以及前角和刃倾角都为零的双刃斜角切削的流屑角的研究比较成熟。而对于前角和刃倾角均不为零的双刃斜角切削流屑角的研究尚存在较大分歧。本文对前角和刃倾角均不为零的双刃斜角切削的流屑角进行研究,建立切削模型;根据切削深度和进给量的不同,该切削模型可导出两种不同的模型;系统地研究前角、安装倾角、刀尖角及进给量和切削深度变化时,流屑角的变化规律并用实验验证,结果表明,该模型可以用来预测双刃斜角切削流屑角。     

AlCrN涂层硬质合金切削高温合金耐用度对比实验

采用新型涂层AlCrN硬质合金,并同时采用无涂层YW1和TiAlN涂层硬质合金作为对比实验的刀具材料,对变形镍基高温合金GH4169进行车削刀具磨损的系列实验研究.借助光学显微镜、电子扫描显微镜与能谱探针等工具,建立刀具寿命T-v公式,以刀具耐用度为评价指标,对刀具的磨损形态、磨损机理以及此类新型涂层(AlCrN)刀具对应于镍基高温合金的切削性能进行了分析.研究表明,干切削镍基高温合金,AlCrN涂层硬质合金的性能优于当前主流应用的刀具涂层(TiAlN)刀具.其失效形式主要表现为:后刀面磨损和主切削刃微崩刃.前刀面的磨损程度相对较低.其磨损机理为:高温高应力条件下的扩散、氧化磨损与黏接的综合作用.