碳纤维复合材料螺旋铣孔瞬时切削力系数识别

在螺旋铣孔过程中,刀具绕其自身轴线自转的基础上围绕预加工孔中心公转并保持轴向进给.为了准确预测碳纤维增强复合材料(CFRP)螺旋铣孔过程中的切削力,基于螺旋铣孔的基本切削机理,考虑刀具侧刃和底刃在进给过程中对切削过程的影响及复合材料的各向异性特征,构建螺旋铣孔过程中切削力解析模型.根据全因子条件下复合材料螺旋铣孔试验数据,采用数据拟合方法识别底刃切削力系数,采用瞬时切削力方法识别侧刃切削力系数.结果表明仿真切削力能够较好地拟合试验值.     

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.     

基于有限元方法的钛合金加工切削力研究

本文基于有限元方法建立了车削钛合金Ti6Al4V的切削仿真模型.通过将Kistler9257B三向车削测力仪测得的主切削力与通过仿真模型获得的主切削力进行对比,验证了仿真模型的正确性.通过ABAQUS二次开发对仿真模型进行了参数化.利用切削仿真参数化模型对主切削力进行了分析.结果表明:通过试验得到的主切削力与仿真模型获得的主切削力相差小于10%;在所选试验参数范围内,随着进给量增加,主切削力增大;随着刀具前角、切削速度增大,主切削力减小;进给量对主切削力的影响最为显著.     

矩形槽切削的切削力及切屑横向变形的研究

本文指出,矩形槽切削时的切削力可以看成由三部分组成:a、刀具主切削刃作直角自由切削产生的切削力;b、刀具副切削刃产生的切削力;c、切屑横向变形引起的切削力。通过分析表明,矩形槽切削时,切削力较自由切削时大的主要原因是由于切屑的横向变形受到限制而产生附加应力场,造成流屑过程中切屑两侧与工件已切槽侧壁发生严重摩擦所致,而刀具副切削刃产生的切削力几乎是可以忽略的。     

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.     

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.      

涂层刀具的有限元分析

为研究Ti Al N/Ti N涂层厚度、层数与涂层结构对刀具的磨损、使用寿命的影响,在相同切削条件下,采用有限元软件DEFORM模拟了未涂层刀具、Ti N涂层刀具、Ti Al N复合多层涂层刀具切削45钢的切削过程,分析了不同涂层刀具的温度场、应力场、主切削力与磨损情况分布变化规律,仿真结果表明,相对于未涂层处理刀具和Ti N涂层刀具,Ti Al N复合多层涂层能够明显降低刀具切削力、切削热,减小磨损,保护切削刃,提高刀具的使用寿命,对于复合多层涂层刀具的设计与加工工艺都具有非常重要的参考意义.     

圆柱齿轮滚齿切削力的预测

切削力是滚齿工艺参数优化、刀具磨损预测和机床设计的重要依据. 针对圆柱齿轮滚齿加工,提出了一种基于实体建模技术的切削过程几何仿真方法,实现了未变形切屑的准确提取,进而计算出未变形切屑厚度. 基于微分离散思想,将滚刀刀齿切削刃离散成一系列微元切削刃,采用Kienzle-Victor力模型,建立微元切削力模型,进而构建整体滚刀切削力模型. 结合Kistler 9123C旋转测力仪和DMU50五轴立式加工中心进行滚齿切削力测量试验,试验结果表明,预测的滚削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该滚削力预测方法的有效性.     

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.     

航空铝合金薄壁零件高速加工铣削力

探讨铣削力三维有限元计算方法,研究航空薄壁零件高速加工切削力变化规律。基于Advant Edge 3D铣削模块,实现对AL7075航空铝合金材料的铣削过程仿真加工并研究铣削力规律。预测不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,建立高速铣削参数对铝合金7075铣削力和铣削温度的影响曲线。通过实际铣削试验验证仿真结果的可靠性。研究结果表明:在铣削速度v为250~1 500 m/min,切削速度大于250 m/min时,切削力随切削速度增加而快速下降;当切削速度大于500 m/min时,切削力变化不大,呈微量上升趋势;轴向力FZ在整个速度范围内变化不大;高速铣削参数对铝合金7075铣削力和铣削温度的影响曲线可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命,为预测其他材料的铣削力提供了新的有限元建模方法。     

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。     

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。     

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.     

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．     

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。     

新型硬质合金微坑车刀切削能对比研究与预测

切削能绝大部分会转化为切削热,进而直接影响切削温度,因此研究切削能的产生、传递与转化对切削温度的研究尤显重要.本文以304不锈钢专用新型硬质合金微坑车刀创新设计为例,通过对新型微坑车刀和原车刀切削过程的切削能比较研究,建立车刀切削过程切削能与前刀面温度的关系模型,开展新型微坑车刀剪切能和摩擦能的预测研究和切削实验验证.研究结果表明,用实际生产推荐切削参数,干式切削情况下,新型硬质合金微坑车刀相比原车刀,输入能量降低8.96%,剪切能降低10.50%,摩擦能降低5.32%;刀具前刀面的切削温度与剪切能和摩擦能呈正相关关系;所建立切削能预测模型可为复杂切削条件下的切削能预测及前刀面切削温度研究提供参照.     

Forces in Hard Turning of 51CrV4 with Wiper Cutting Tool

Introduction In the field of precision machining, hard turning with a geometrically defined cutting edge has in recent years become an attractive alternative to the grinding process. Compared to grinding, the hard turning process has many advantages, such…     

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。