切削加工中的刀-屑接触区应力分布计算模型建立

切削加工中,刀—屑接触区的应力分布直接影响着切削加工性能、切削温度分布及刀具磨损等,本文通过对直角切削时的切削力的分析和刀—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,通过该模型可直接得到刀具前刀面的应力分布情况.     

基于正交试验法的27SiMn钢车削力研究

为了研究难加工材料27SiMn钢的切削规律,采用硬质合金车刀,利用正交法对27SiMn钢进行切削实验,得到切削参数在一定范围内(切削深度:0.3~0.8mm,进给量:0.08~0.2mm/r,转速:200~400r/min)与3个方向切削力的关系,结合线性回归方法得到三向切削力的经验模型。实验结果表明,切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,切削速度影响较小。切削深度和进给量对切削力的影响均是正相关,转速大于320r/min时,切削力随着切削速度的增大而减小。显著性检验结果表明切削力经验公式高度显著。     

基于3D模型的螺纹铣削加工仿真有限元分析

螺纹铣削作为一种先进的螺纹加工方法,研究其加工过程中切削力和切削温度的变化规律对提高刀具使用寿命及被加工表面质量具有重要的现实意义。以某可转位螺纹铣刀铣削加工45#钢为研究对象,在三维设计软件Pro/e中建立刀具三维实体模型,并导入金属切削工艺有限元软件AdvantEdge中进行铣削加工模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,对比分析了不同进给量的选择对切削力和切削温度的影响,分析结果为实际螺纹铣削加工及其进给量的选择提供参考。     

纯铁切屑形成特征及影响因素研究

采用正交切削试验,研究了纯铁材料在不同切削速度下切屑形成特征及变形机理,开展了刀具前角、切削用量、冷却润滑方式等切削工艺参数对纯铁切屑变形规律的影响试验.结果表明,纯铁切屑呈现显著的剪切滑移变形特征,切削工艺参数仅对切屑中晶粒的变形程度产生影响;低速切削时切屑在前刀面上具有"滑-停-滑"现象,晶粒破碎严重,而高速时停留现象减小甚至消失,晶粒呈拉伸状变形;随着切削速度和刀具前角的增加,切削力、切屑变形系数显著减小,切削力则随进给量的增加而增加,但切屑变形系数则呈减小趋势;相同切削用量时,水冷方式下切削力和切屑变形系数最小,而干切时最大.试验结果对纯铁材料选择合适的工艺参数以改善其加工性能具有重要的参考意义.     

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.     

300M超高强度钢车削加工试验与工艺参数优化研究

通过对300M超高强度钢进行车削加工,以得到更高车削加工表面质量的同时提升加工效率为主要目的。使用正交试验法对车削三因素(主轴转速n、进给量f、切削深度a_p)进行分析研究。以切削力和表面粗糙度作为参评指标,分别进行试验并分析切削参数对参评指标的影响变化趋势。其中,利用直观分析法与方差分析法对切削力进行分析,其次利用极差分析和多元线性回归分析法对加工后表面粗糙度进行分析,最后对车削加工参数进行了多目标遗传算法优化分析。试验结果表明:切削深度对切削力影响变化最为显著;进给量对表面粗糙度影响变化最为显著。最优参数组合为n=813.576 r/min,f=0.128 mm/r,a_p=0.1 mm;优化结果为进给力F_x=452.8 N,表面粗糙度R_a=1.42μm,最大材料去除率Q_z=0.981 cm~3/min。     

45钢焊接件的干式车削工艺参数优化实验研究

通过正交试验,采用YT14、YT5、YM051三种刀具对45钢焊接件进行切削试验,采集不同切削用量下工件的表面轮廓信号和主切削力信号,评定切削参数对二者的影响.实验结果发现,干式切削过程中背吃刀量、进给量、转速对表面质量和主切削力的影响程度依次降低,且不同刀具所获得优化切削参数也不同;YT14刀具最抗磨,YT5刀具次之,YM051刀具表现出的耐磨性较差.同时,通过对比两种状态下的双谱特征,对优选参数的选择作出了定性评价.     

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.     

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确性,并获得了聚酰亚胺的最优切削工艺参数：进给量为0.20～0.30 mm/r。     

切削速度对2种易切钢材料剪切角的影响

剪切角是研究切削变形最重要的参数之一。文章结合剪切角基本模型的分析,通过切削力测量试验和快速落刀试验,在不同切削速度下得到了YT15硬质合金刀具切削硫易切钢和钙硫易切钢的理论剪切角值和实际测量值;根据2种方法所得值的差异,对理论剪切角公式进行系数修正,得到适用于加工此类易切钢的剪切角新公式。     

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...     

球头铣刀加工钛合金零件的铣削力特性

在钛合金的铣削加工过程中,切削力特性将对零件的最终加工质量有重要的影响.对用球头铣刀铣削钛合金工件的切削力特性进行研究.首先建立了用球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的切削力数学模型,并通过编写程序求解得出了瞬时切削力及其变化规律;其次建立了球头铣刀对Ti-6Al-4V铣削加工的有限元仿真分析模型,获得了铣削过程中铣削区域的应力场、温度场等;最后设计并完成了切削力测试实验,将得到的实验数据进行了正交分析.结果表明切削参数对平均铣削力影响程度大小的顺序为:轴向切深、每齿进给量、径向切深和主轴转速.     

淬 硬 轴 承 钢 锯 齿 形 切 屑 形 成 机 理

针对淬硬轴承钢在硬切削过程中产生的锯齿状切屑,建立了基于Abaqus/Explicit的正交切削热 力耦合有限元模型,仿真分析了AISI52100轴承钢在低、高速切削条件下锯齿状切屑的形成过程,其随时间变化的应力场、温度场和网格变形及其绝热剪切机理.结果表明：切削淬硬轴承钢时,首先在刀尖前方形成窄短的水平绝热剪切带;随着前刀面对工件材料的挤压作用增强,水平绝热剪切带由远离刀具的端部沿剪切平面扩展到自由表面;随着绝热剪切带的继续滑移,逐步形成了锯齿切屑而促使裂纹产生;切削速度效应加速了剪切带与自由表面交界处微裂纹的产生,并使微裂纹向刀尖扩展;第2变形区的摩擦对锯齿切屑起到了增强作用.     

基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力概率特性分析

考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究金属切削过程中切削力的统计分布规律.建立非等分平行面剪切区模型,求解切削速度、剪应变以及剪应变率.构建金属切削材料控制方程和温度控制方程,求解剪切区剪切应力及切削力.根据切削参数的分布信息抽取样本,代入切削力模型进行计算,获取切削力,并统计切削力的概率特性,从而提出一种基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力预测方法.     

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.     

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.      

微织构刀具三维超声振动车削304不锈钢研究

为了提高304不锈钢加工效果,减小切削力,延长刀具寿命,提出一种微织构刀具与三维超声振动复合的车削工艺.分别利用减摩特性与断续切削特性,根据正交切削模型,从变切深与微织构刀具接触面积减小的角度建立普通刀具与微织构刀具三维超声振动车削的切削力模型.通过车削304不锈钢的单因素实验研究各切削参数对主切削力的影响规律并对比刀具磨损,通过正交实验研究最佳切削参数组合.结果表明:相对于普通刀具,微织构刀具的主切削力降低30%~40%;磨损程度平均降低11.50%;对于减小切削合力,最佳的切削参数组合为:切削深度为0.1mm,进给量为0.08mm/r,主轴转速为250r/min.     

奥氏体不锈钢切削加工工艺的改进

奥氏体不锈钢加工硬化率较高,且不能用热处理进行强化,加工时易出现皴裂、撕伤等问题。为避免加工缺陷,必须有效降低工件的切削温度,保证良好的润滑。从切削刀具和切削液两方面进行了分析,提出切削加工宜采用锐刀,低速大进刀量,车削加工时选用硬质合金刀,且适当增大前角和后角;高速切削时,选用极压切削液,保证极压润滑性;加工螺纹时,主轴转速低,属于边界润滑状态,宜采用具有特殊＂油性＂的植物油,使其在工件表面形成润滑膜。应用表明,上述加工方法切实可行,提高了奥氏体不锈钢的加工效率和产品质量。