旋转超声加工中磨粒冲击作用的仿真分析

在对单个磨粒进行动力学分析的基础上,定义了评价超声冲击作用大小的量纲一的参数K．采用光滑质点流体动力学(SPH)有限元分析方法,研究了旋转超声加工过程中磨粒的超声冲击作用对材料内部裂纹形成及扩展的影响．仿真结果表明:随着K值的增大,斜向裂纹的倾角减小,扩展深度逐渐降低,磨粒的超声冲击作用是裂纹形成及扩展的主要原因;在切削过程中,随着切削深度的增加,切削力逐渐增大;但是当裂纹产生以后垂向冲击力急剧减小,而横向冲击力变化不大;加工中碎屑的崩碎使磨粒对工件材料具有局部微冲击作用,导致两个方向的切削力都在相对较大范围内波动．     

基于分子动力学的磨粒微切削单晶铁数值分析

为探讨磨粒流加工过程中工件材料去除机制,采用分子动力学方法模拟碳化硅颗粒微切削单晶铁的加工过程,研究磨粒微切削单晶铁过程中影响切削力变化的微观作用机制及切削力产生持续波动的原因,揭示磨粒微切削作用下工件材料发生物理变化的内在原因及磨粒对工件的做功规律。通过原子位移分析可知,磨粒微切削过程中材料的塑性变形主要是由晶格内滑移面上产生滑移区域从而形成位错,原子在切削力作用下沿位错线发生运动所导致,同时,探讨了原子的堆积现象及切屑形成机制。通过多面体模板匹配方法对微切削过程中工件原子排布情况进行了分析,探讨了工件材料内晶格结构的变化情况。本文研究可为磨粒流精密加工单晶铁工件材料提供理论基础和技术支持。     

基于单颗磨粒划切试验的SiCp/Al复合材料表面去除机理研究

碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料中含有不规则碳化硅颗粒使得材料内部形成大量非理想截面,为材料表面的有效去除带来困难. 为了揭示材料去除机理,进行SiCp/Al 复合材料单颗磨粒变切深划切的表面去除仿真分析和试验验证. 研究结果表明,界面破坏对表面创成有重要影响,存在铝合金基体撕裂、界面分离,碳化硅颗粒裸露、裂纹扩展、破碎脱落、压入铝合金基体、碎片滑擦材料表面等去除过程,碳化硅颗粒中部大面积破碎脱落形成凹坑,并在刀具推挤作用下对材料进行二次切削,使铝合金基体表面形成非连续裂纹. SiCp/Al复合材料中由于铝合金基体的存在,实际划切深度小于名义切削深度. 研究可以为SiCp/Al复合材料去除机理与加工研究提供一定借鉴.     

金属切削表面白层厚度影响因素分析

高速切削过程中,在热力耦合综合作用下,加工表面会产生白层;白层有较高脆性易形成裂纹,引起早期剥落失效或成为疲劳源,对工件的使用性能和寿命都有很大影响.本文以40 CrNiMoA为研究对象,利用单一变量法进行高速切削试验,对加工表面进行金相分析,研究白层的微观特性.研究结果表明:进给量对白层厚度影响最大;工件已加工表面白...     

氮化硅陶瓷加热辅助铣削过程中边缘碎裂实验与仿真

边缘碎裂现象是陶瓷加工过程中常见的一种现象,是影响加工质量的主要因素之一。激光加热辅助切削技术通过提高切削区温度,改善局部材料的性能,可以降低切削力,减轻铣削加工过程中的边缘碎裂。采用理论与实验分析及仿真模拟的手段研究了激光加热辅助铣削氮化硅陶瓷过程中的边缘碎裂现象,出口边缘碎裂由于刀具离开工件时缺乏支撑,是主要的碎裂形式。仿真模拟扩展采用扩展有限元方法,模拟了材料出口边缘裂纹形成、扩展及碎裂的过程。理论分析、试验结果与仿真结果表明切削区温度是影响边缘碎裂的主要因素。当切削区温度超过氮化硅陶瓷的软化温度后,工件的加载应力与边缘韧性都随温度升高而发生变化,导致边缘碎裂随温度升高而降低。     

硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验

为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.     

高速硬加工中切屑成形的有限元模拟

为了研究AISI4340钢高速加工中切屑形成机理，建立了高速加工的有限元模型.该模型采用Johnson-Cook（JC）模型作为工件材料模型，采用JC破裂模型作为工件材料失效准则，刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和黏结摩擦区的修正库仑定律，并采用任意拉格朗日-欧拉方法实现切屑和工件的自动分离.利用建立的有限元模型模拟了四种切削条件下的材料加工，分析了切屑形成过程，模拟得到了不同切削条件下的切削力，并对其进行了比较.研究结果表明，在高速加工条件下形成了不连续状切屑，不连续状切屑形成机理与基于自由表面破裂的锯齿状切屑形成机理不同.     

单晶锗表面抛光的ABAQUS多颗粒冲击仿真与实验分析

单晶锗是一种难加工脆性材料,通过使用固液两相流加工方法可获得较好的表面质量.为探究磨粒相关因素对加工质量的影响,根据实际材料的参数,利用ABAQUS有限元仿真软件建立多颗粒冲击仿真模型,研究磨粒材料、粒径对加工后单晶锗表面质量、表面材料去除速率的关系;然后利用现有设备进行实验.研究表明,加工后的单晶锗材料表面质量提高;使用较大尺寸磨粒可有效增加去除率,降低残余应力,但会增加表面粗糙度;使用较大弹性模量、低硬度材料的磨粒加工会产生相对较小残余应力;同时,由于软件限制,ABAQUS有限元软件不能很好地对液体项等因素进行仿真,这会导致仿真结果与实验结果的偏差.     

轴承淬硬钢硬车残余应力有限元仿真分析及实验验证

高速、小余量、硬车削是轴承淬硬钢加工的重要发展方向。为了研究小进给条件下轴承淬硬钢硬车加工后表层残余应力的分布问题,采用二维有限元方法对轴承淬硬钢AISI 52100硬车加工过程进行了仿真,获得了加工后材料表层残余应力。基于Konti Cut用户子程序对稳态切削过程进行建模,并对加工后的表面残余应力进行了预测。通过不同加工参数下的残余应力仿真与实验对比,得出仿真与实验预测趋势基本一致的结论,在工件表层0.02～0.06mm以上形成了较大数值的残余压应力。     

高速切削淬硬轴承钢的有限元仿真

采用ABAQUS/Explicit 6．5的剪切失效准则、单元去除和自适应重划分技术,考虑工件材料机械物理性能随时间的变化和流动应力受应变、应变速率和温度影响特性,建立了二维完全热-力耦合平面应变的有限元模型,模拟PCBN刀具高速硬态车削淬硬轴承钢GCr15加工过程中带状和锯齿状切屑的形成过程．仿真得到了切削宽度对切削温度、切削力和已加工表面残余应力的影响规律．通过对比,仿真结果与实验结果吻合较好．     

基于ALE法的磨料水射流加工数值模拟

采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法建立了磨料水射流加工的仿真模型,模拟了从射流进入喷嘴到去除材料的加工全过程。工件采用Lagrange网格,磨料和水采用ALE网格,通过ALE和Lagrange网格的耦合算法实现射流对工件的侵蚀作用。通过给定ALE网格运动来定义射流的横移速度,从而减少了网格定义域。提出磨料的本构模型,通过定义初始ALE单元内两种材料的体积百分比实现磨料与水的均匀混合。仿真结果给出了一些加工参数对切割深度的影响规律,通过与实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

Relationship between subsurface damage and surface roughness of ground optical materials

A theoretical model of relationship between subsurface damage and surface roughness was established to realize rapid and non-destructive measurement of subsurface damage of ground optical materials.Postulated condition of the model was that subsurface damage depth and peak-to-valley surface roughness are equal to depth of radial and lateral cracks in brittle surface induced by small-radius(radius≤200 μm)spherical indenter,respectively.And contribution of elastic stress field to the radial cracks propagation was also considered in the loading cycle.Subsurface damage depth of ground BK7 glasses was measured by magnetorheological finishing spot technique to validate theoretical ratio of subsurface damage to surface roughness.The results show that the ratio is directly proportional to load of abrasive grains and hardness of optical materials,while inversely proportional to granularity of abrasive grains and fracture toughness of optical materials.Moreover,the influence of the load and fracture toughness on the ratio is more significant than the granularity and hardness,respectively.The measured ratios of 80 grit and 120 grit fixed abrasive grinding of BK7 glasses are 5.8 and 5.4,respectively.     

速度效应对淬硬钢最小切削厚度的影响

塑性材料加工中,存在一个最小切削厚度,当切削加工中实际有效切削厚度小于工件材料的最小切削厚度时,将造成刀具与工件无法正常切削,而主要以滑擦为主,此时加工精度很难保证,确定材料的最小切削厚度对提高工件的加工质量及精度具有重要意义.针对以上问题以淬硬钢Cr12Mo V材料为研究对象,提供了一种确定工件材料最小切削厚度的试验方法,并通过提供的试验方法,确定了淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)不同切削速度下的最小切削厚度值,试验结果表明:在所选的速度范围内,热软化效应对淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)成屑机制的影响大于应变率效应的影响,淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)最小切削厚度值的确定,为汽车覆盖件模具精加工余量的选取提供了理论依据.     

SPH和FEM耦合法模拟磨料水射流中单磨粒加速过程

针对Eulerian和ALE(arbitrary lagriange eulerian)方法仿真研究磨料水射流喷嘴中磨料粒子加速过程的局限性,提出采用SPH(smoothed particle hydrodynamics)耦合FEM(finite element method)的方法研究后混式磨料水射流喷嘴中低速磨料粒子在高速水射流作用下的流体动力学特性和磨粒加速后撞击靶材的全过程。水用SPH建模,磨料粒子、喷嘴和工件用FEM建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟后混式磨料水射流加工的全过程。仿真研究了磨粒和水在喷嘴中各自的速度变化过程;单磨粒在喷嘴中的运动轨迹;不同直径的磨料粒子在不同水压作用下的速度变化过程;不同直径的磨粒在不同直径的混合管中出口速度的变化规律;磨料粒子在工件上的撞击深度。通过与相关实验及理论数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

铸铁材料高速铣削机理的研究

本文分析了铸铁脆性材料的切削变形过程；试验研究了刀具材料、工件材料、切削用量、刀具几何参数等因素对刀具磨损的影响；最后总结出了高速铣削铸铁材料的几点结论。     

脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析

针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学（PD）理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明：改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律.     

多刀具纳米切削铜过程研究

运用分子动力学模拟技术建立多刀具纳米切削铜模型,工件原子间相互作用力采用eam势计算,工件与刀具原子间相互作用力采用morse势计算,刀具原子间相互作用力采用tersoff势计算.通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、能量、温度,发现多刀具纳米切削过程并不等同于单把刀具多次走刀,刀具之间相互干涉会影响切削力的变化.结果显示多刀具与单把刀具切削比较,切削力在一定程度内会变小,工件的温度相对较高,最终会影响切削效果.     

WC—Co硬质合金冲蚀磨损行为及机理研究

本文对两种WC—Co硬质合金的耐冲蚀性进行了考察,二者均呈现脆性材料冲蚀特点。其组成相的晶粒尺寸、硬度、百分含量与形貌对材料的冲蚀行为有巨大影响,在高温下尤为明显。材料的耐磨性随磨料硬度增加而降低。超细晶粒硬质合金具有更佳的耐磨性,但其磨蚀机理与商用硬质合金相似。软磨粒冲蚀引起软的Co相粘接剂浸蚀,导致WC相脱落。硬磨料冲蚀时,材料的转移主要是由于低角度时的切削和犁耕,高角度时的疲劳断裂组成,二者均伴有大面积的塑性变形。     

微-纳米复合陶瓷超声振动磨削的塑性-脆性 转变特征研究

基于工件超声振动磨削的单磨粒运动模型,建立超声振动磨削单磨粒最大切削厚度agm ax公式;基于压痕断裂力学,给出硬脆材料超声振动磨削塑性-脆性转变临界条件,进行超声振动磨削与普通磨削对比试验,应用SEM和AFM分析陶瓷磨削表面微观形貌特征,重点研究磨削参数对其塑性-脆性转变特征的影响。研究结果表明,砂轮平均磨粒尺寸是影响塑性-脆性转变最为主要的因素,砂轮速度对其影响次之,磨削深度对塑性-脆性转变的影响最小;得出只有当agm ax小于临界切削深度agc时,才能实现硬脆材料塑性域磨削的重要结论。     

光学晶体材料的弹性各向异性对金刚石车削剪角的影响

单晶脆性光学晶体材料是各向异性材料,在进行切削加工时剪切角将随加工方位的变化而发生改变.本文系统研究了材料的弹性各向异性对剪切角的影响,并在理论上计算出了剪切角随加工晶面、加工方位的波动规律.