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。     

切削速度与切削深度对切削力影响的有限元模拟

本研究应用有限元分析软件ABAQUS建立了一套模拟铝合金正交切削过程的分析模型。本文实现了切屑成形过程的动态演示,以此更好地了解金属正交切削过程中切屑的形成机理。本文采用Johnson-Cook的本构模型来描述切削铝合金材料的行为。本文基于仿真实验结果,对金属切削过程中应力场、应变场的变化规律作了定性分析,给出了应力、应变等值线图,并观察了切削过程中各主要变形区位置。通过本次仿真实验．得出了在不同切屑速度、切削深度条件下刀具切削力的值。     

切削速度对硬态切削过程的影响分析

硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性,在对工件性能起关键作用的精加工中,已成为磨削加工的有力挑战者.通过对硬态切削过程中的切屑形态、切削力和切削温度的试验研究,得到了切削速度对上述各量的影响规律.结果表明,切削速度对切削温度和切削力的影响存在一个临界值,当工件硬度超过HRC50时,切削温度和切削力的变化规律与普通切削大不相同.     

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。     

高速车削Inconel718时切削力研究

切削力是高速切削加工过程中的一个重要的因素。本文采用sialon陶瓷刀具对镍基合金Inconel718进行了高速车削试验。研究了不同切削速度下切削力、刀具磨损和表面粗糙度相互关系。通过切屑的宏观形态计算得到定量的切削变形系数、剪切角、剪应变,直观分析考察了Sialon陶瓷刀具加工镍基合金时变切削力与形系数及剪切角大小随速度变化的规律。     

高速切削加工技术的现状和发展

本文从切屑形成、切削力、切削温度三个方面分析了高速加工的优点,并阐述适合高速加工的刀炳系统,最后提出了高速切削技术的发展。     

铜化学机械抛光材料去除机理的准连续介质法研究

采用准连续介质力学方法研究了铜化学机械抛光过程的机械作用材料去除机理.模拟了不同大小磨粒在单晶铜工件上的磨削过程,分析了切削过程中工件内部材料变形、切屑的形成以及工件内部应力分布和切削力变化.研究结果表明,工件内部材料沿着与切削方向约45°变形形成剪切带,在剪切带区域伴随有位错、滑移等现象产生.磨粒较小时加工后的表面质量较差,磨粒较大时加工质量较好,但会造成工件内部较大的塑性变形与更深的残余应力分布.磨粒尺寸变化对于切向切削力影响不大.     

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.     

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．     

钛合金铣削加工的切屑形态仿真及实验研究

为改善钛合金TC4可加工性、降低刀具磨损、提高工件表面质量,探寻刀具前角及切削速度的变化对切削力和切削温度的影响规律。通过改变刀具前角和切削速度,采用AdvantEdge FEM软件和单因素实验方法对钛合金TC4切屑的形成过程进行二维模拟,研究锯齿形切屑的形成机理。仿真与实验结果表明:随着刀具前角增大,切屑的锯齿化程度降低,切削力和切削温度呈下降趋势;随着切削速度的增大,切削力呈缓慢下降趋势,而切削温度呈明显上升趋势。该研究验证了仿真的可行性,为优化铣削钛合金TC4刀具几何参数及切削用量的合理选择提供了参考依据。     

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.     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系.由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象.文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量.试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视.     

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GA和DEFORM的陶瓷材料切削力数值模拟

通过有限元仿真及材料本构模型修正、遗传算法优化、数值模拟以及车削试验，研究了车削陶瓷材料切削力变化规律.有限元仿真成屑对比结果表明，经典的Johnson-Cook模型的切屑为连续片状，与实际加工不符；模型改进后，其仿真切屑为块状崩碎屑，对陶瓷材料有限元仿真较为适用.依据简单单因素有限元仿真数据，利用最小二乘法进行了一元回归数值拟合，获得了切削力与单一参数的解析式，相关系数检验结果表明模型具有较高的精度.利用遗传优化算法，建立了切削力多元模型.通过单因素试验、正交试验进行了多元模型验证，结果表明该模型能够准确反映切削力变化规律，具有较好的可靠性.     

金属材料切削时切屑形成过程中第二相形貌变化

本文主要研究黄铜、不同形状的石墨和不同基体的铸铁在切削时,其切屑形成过程中第二相的形貌变化。提出,由于第二相性能、形貌的不同,使金属在切削过程中所需的切削力不同,其切屑的形态也不同.     

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.     

钛合金铣削加工切屑形成机理的仿真与实验

锯齿状切屑加剧刀具的磨损,降低零件表面质量。为研究锯齿状切屑的形成机理,通过ABAQUS仿真软件,建立钛合金TC4正交切削二维模型,由此仿真模型得到锯齿状切屑,与实验得到的锯齿状切屑形貌进行对比,验证了仿真切削模拟的可行性。通过仿真得到单个锯齿状切屑形成的过程,分析了锯齿状切屑的形成机理,研究了进给速度对锯齿状切屑形成过程的影响。该研究为钛合金的铣削加工提供了理论依据。     

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.     

碳钢高速车削中基于量热法的切削热分配

介绍了基于量热法的碳钢高速车削切削热在切屑、工件、刀具及环境中的量化分配.采用水作为收集切削热的媒介,通过自行设计的适配于高速车床的集屑容器以及分别收集工件和刀具热量的容器,在封闭式高速车削条件下测得各容器中水和承载物的温度变化,从而计算出传入切屑、工件、刀具及环境中的热量和总热量以及热流量.通过测量切削力和设定切削速度,得到主切削力的功率.将算出的总热流量与主切削力的功率相比较,评判用量热法测量切削热时的精确程度.     

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。