切削加工残余应力的有限元分析

在切削加工中,为了提高已加工工件的表面质量,需要研究切削速度和进给量对已加工工件残余应力的影响规律。根据弹塑性有限元理论,利用有限元软件建立了切削模型,得到了不同切削速度和进给量下已加工工件的残余应力。结果表明,增大切削速度有利于增大深层压应力,同时也会增大表面拉应力;增大进给量有利于增大深层压应力,但对表面拉应力的影响无明显规律。     

45钢深孔枪钻切削试验与切屑形态分析

切屑形态对枪钻深孔加工中孔成型精度影响极大,钻尖切屑易堵塞在V型排屑槽中或缠绕在钻头上,合理的断屑和排屑是保证加工顺利进行的前提。选用硬质合金枪钻对45钢进行深孔加工试验,采用单因素试验法研究切削速度和进给量对切屑形态的影响规律。试验表明:切削速度较低时,主要为带状切屑;切削速度较高时,主要为单元切屑;当切削速度保持不变时,随着进给量的增大,切屑的主要形状从长带状向单元切屑逐渐转变;当进给量保持不变时,随着切削速度的增大,切屑尺寸从大变小再变大。     

切削参数变化对切屑断裂应变的影响

以影响切屑断裂应变的重要因素为基础,对切屑断裂应变随切削速度v、进给量f、背吃刀量ap的变化规律进行了理论分析;分析结果显示：高速切削时,当进给量f和背吃刀量ap不变的情况下,随着切削速度v的增加,切屑的断裂应变εB先是增加,然后又减小;当切削速度v和背吃刀量ap不变的情况下,随着进给量f的增加,切屑的断裂应变εB是减小的。当切削速度v和进给量f不变的情况下,随着背吃刀量ap的增加时,切屑断裂应变εB基本是定值。以上分析结果对了解切削参数对切屑折断性能的影响具有重要的意义。     

PCD刀具精密切削纯铜材料表面粗糙度及加工残余应力研究

采用正交试验法,基于PCD刀具研究切削速度、进给量、刀具前角以及冷却润滑方式对加工残余应力、表面粗糙度等参数的影响规律。结果表明,刀具前角增加,加工残余应力增加,表面粗糙度呈减小趋势;切削速度增加,加工残余应力与表面粗糙度先减小后增大;在干切、水冷以及微量润滑(MQL)三种方式中,采用MQL具有最小的加工残余应力和表面粗糙度;进给量对加工残余应力、表面粗糙度的影响最为显著,且随着进给量的增大而明显增加。采用切削速度200m/min、刀具前角10°、进给量0.05mm/r以及MQL方式可获得最佳的表面完整性。     

切参数变化对切屑断裂应变的影响

以影响切屑断裂应变的重要因素为基础,对切屑断裂应变随切削速度ν、进给量f、背吃刀量αv的变化规律进行了理论分析;分析结果显示;高速切削时,当进给量f厂和背吃刀量αp不变的情况下,随着切削速度ν的增加,切屑的断裂应变εB是增加,然后又减小;当切削速度ν和背吃刀量αp不变的情况下,随着进给量f的增加,切屑的断裂应变εB是减小的.当切削速νε和进给量f不变的情况下,随着背吃刀量αp的增加时,切屑断裂应变εB基本是定值.以上分析结果对了解切削参数对切屑折断性能的影响具有重要的意义.     

轴承钢硬态切削表面残余应力的研究

为了揭示轴承钢硬态切削中切削用量对工件已加工表面残余应力的影响规律,运用金属切削软件AdvantEdge在不同切削用量条件下进行了热力耦合切削仿真。结果表明:硬态切削后工件已加工表面出现残余压应力,随着深度的增加残余压应力值减小并逐渐转变为拉应力;切削速度和进给量对残余压应力影响较大,残余压应力最大值随着切削速度的增加呈先减小后增加的趋势,但作用深度变化较小,进给量增加时残余压应力最大值和作用深度均增加;背吃刀量增加时残余压应力最大值和作用深度变化幅度很小。研究结果可为残余应力控制和工艺参数优化提供理论指导。     

密齿硬质合金涂层刀具铣削TC4钛合金试验研究

利用单因素试验方法进行了密齿硬质合金涂层刀具铣削TC4钛合金试验,研究每齿进给量和切削速度对切削力、切削温度、加工表面粗糙度以及切屑形态的影响。结果表明:切削方向分力F_x、刀轴方向分力F_z随每齿进给量的增大而增大,进给方向分力F_y随每齿进给量的增加变化不大;切削速度小于75m/min时切削力随切削速度的增加下降较为明显;切削速度超过75m/min时切削力变化不大;切削温度受每齿进给量影响较大,且影响程度随进给量的增加而逐渐减小;随着每齿进给量f_z的增大,加工表面粗糙度值先减小后增大;在每齿进给量高于0.04mm/z时,密齿铣刀铣削TC4钛合金得到的切屑为螺卷状,且随每齿进给量的增加,切屑的曲率半径减小,随切削速度的增大,螺卷状切屑的螺距减小。     

TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析

航空钛合金零件在铣削加工时表面会产生残余应力层,不仅影响零件的尺寸精度,还严重影响零件的疲劳性能。因此,研究航空钛合金零件铣削加工表面的残余应力分布与变化十分必要。以TC4钛合金条形零件为研究对象,采用化铣剥层法,测试并分析不同铣削用量条件下已加工表面残余应力的分布与变化规律。研究结果表明,TC4钛合金条形零件已加工表面层的残余应力沿层深方向逐渐由压应力变为拉应力;随着切削速度和每齿进给量的提高,残余应力值均相应降低;而随着径向切深的增大,残余压应力值则相应增加。     

微切削已加工表面残余应力预测

准确预测残余应力对提高微小工件的可靠性非常重要.建立微切削残余应力的理论分析预测模型,应用有限元仿真方法,探求了不同切削速度和进给量下微切削45钢已加工表面残余应力分布规律,分析了切削速度和进给量对已加工表面残余应力的影响,为优化微切削过程和防止微小零件疲劳破坏提供可靠的依据.     

车铣加工表面残余应力的研究

金属切削用量对工件的表面残余应力有着重要的影响.通过单因素正交车铣残余应力实验,研究了车铣加工65#钢时,分别改变切削速度vc和轴向进给量fa两个切削用量对已加工件表面残余应力的影响规律,并进行了理论分析.同时对比了车铣加工与一般车削加工的残余应力状态.研究结果表明随着切削速度vc的提高,工件表面残余拉应力随之增大,但当切削速度vc超过188.4 m/min时,工件表面残余拉应力急剧减小出现压应力;增大轴向进给量fa,工件表面残余压应力减小.     

42CrMo钢精车加工表面残余应力有限元仿真研究

基于ABAQUS软件建立了42CrMo锻钢活塞外圆精车加工的二维切削仿真模型,采用单因素法研究了切削参数对残余应力的影响规律.结果 表明:42CrMo钢精车加工过程中,热应力引起的残余拉应力起主导作用,已加工表面产生残余拉应力并沿深度方向迅速转变为压应力.残余应力层深度随进给量和背吃刀量的增大而增大,切削速度对残余应力层深度影响不显著.表面残余拉应力随切削速度和进给量的增大而增大,背吃刀量对表面残余应力影响不显著.最大残余拉应力出现在工件已加工表面以下,表面残余应力、最大残余拉应力和最大残余压应力随切削参数的变化趋势与切削温度随切削参数的变化趋势基本一致.     

预应力切削钛合金的有限元分析

为揭示预应力切削对钛合金Ti6Al4V加工表面残余应力的调整机理,探讨切削时锯齿形切屑的形成过程,基于预应力切削原理建立了钛合金的预应力切削有限元模型,模拟了0、280 MPa和560 MPa这3种预应力下的锯齿形切屑形成过程以及已加工表面的残余应力分布。结果表明:采用预应力切削方法可以调整钛合金已加工表面的残余应力状态;预应力对锯齿形切屑的形成过程和切屑特征无明显影响;在材料弹性极限内施加越大的预应力,表面层残余压应力效果越显著,次表层最大残余压应力值越高,残余压应力层分布也越深。     

35CrMnSiA难加工材料切削加工性能研究

通过35CrMnSiA难加工材料切削加工试验,分析进给量f,切削深度ap以及切削速度vc的对切屑变形率的影响规律,对试验结果进行多元线性回归分析,建立切屑变形与进给量的f,切削深度ap以及切削速度vc的经验公式,并在显微条件下研究加工参数对切屑形貌的影响。研究结果表明:35CrMnSiA加工切屑呈锯齿形,属于挤裂切屑;随着切削深度ap的增加,变形率的增加趋势在逐步减少;试验所获得的数学模型具有参考价值和实际加工指导意义。     

工艺参数对球墨铸铁高速平面铣削性能影响的试验研究

通过研究球墨铸铁高速平面铣削加工的工艺技术,分析了切削工艺参数对主轴功率占比、表面粗糙度及切屑形态的影响规律。结果表明:随着每齿进给量和切削深度的增加,主轴功率占比基本呈线性增大;随着切削速度的增大,主轴功率占比逐渐增大到某一值后又减小;表面粗糙度值随切削速度的增加线性减小,随每齿进给量和切削深度的增加变化不显著;随着切削速度的提高,典型切屑形态由卷曲状过渡到薄片状再到碎屑状,且切屑颜色逐渐呈现金黄色,切削深度和进给量对切屑形态的影响不明显。因此,对球墨铸铁高速平面铣削而言,在选择合理的切削深度和进给量的前提下,适当提高切削速度对主轴功率占比影响不大,却能在提高切削效率的同时,获得更好的加工质量。     

金刚石刀具低温硬车削轴承钢的表面残余应力研究

应用CVD金刚石刀具,在低温CO2冷却下,进行GCr15轴承钢的低温硬车削试验,分析GCr15轴承钢加工表面残余应力的分布规律,探讨切削速度、进给量以及切削深度等切削参数对表面残余应力的影响.结果表明:在试验参数范围内,GCr15轴承钢的加工表面残余应力均为残余压应力,随着切削速度和进给量的增大,周向和轴向最大残余应力幅值均呈现出随之增大的变化趋势;随着切削深度的增加,周向最大残余应力幅值随之增大,但轴向最大残余应力幅值无明显变化.研究结果为GCr15轴承钢切削参数的选择和加工表面残余应力控制提供数据支撑.     

汽轮机转子材料20Cr2NiMo铣削加工表面残余应力研究

零件加工表面残余应力对零件的疲劳强度和抗腐蚀性能具有重要影响。本文基于均匀试验方法,以切削速度、每齿进给量和轴向切深为因素,对汽轮机转子材料20Cr2NiMo合金钢进行铣削试验。通过测量不同切削参数下已加工表面的残余应力,采用多元回归方法建立了表面残余应力与切削参数之间的关系模型并得到验证。研究结果表明随着切削速度、每齿进给量和轴向切深的增大,残余拉应力均呈增大趋势;切削参数对表面残余应力的影响程度为v>f z>a p,且三因素之间存在交互作用。最后根据影响规律,为使加工表面呈现压应力状态,给出了切削参数的建议范围。     

基于AdvantEdge的硬态精车过程仿真

为探讨硬态精车过程中工艺参数对工件和刀具的影响,采用专门的金属切削仿真软件Advant Edge,建立精车H13淬硬钢的三维有限元模型,对其车削力、刀片切削温度、刀片应力以及切屑进行分析。结果表明:硬态车削过程中,切深抗力在切削过程中起着重要作用,在进给量小于一定值时,切深抗力可以大于主切削力;切削速度越大,刀片温度越高,切削力越小,刀片应力越小,有利于加工表面成型;切削刃半径越小,切削力小,刀片应力小,有利于提高切削加工性能,但小的切削刃半径容易导致刀片磨损;硬态车削切屑呈锯齿状,切屑温度带状分布,切削速度越高,进给量越大,切屑温度越高。研究结论可用于硬态切削过程中的工艺参数优化和刀具及其涂层材料的选择与设计。     

钛合金锯齿状切屑形态模拟研究

利用有限元软件建立了钛合金(Ti6Al4V)的切削模型,得到锯齿状切屑的应力场、应变场及温度场,探讨了锯齿状切屑的形成机理,同时模拟了不同切削参数对锯齿状切屑形态的影响。结果表明:切削速度、进给量和刀具前角对锯齿状切屑形态的影响规律相似,即锯齿频率随切削速度、进给量和刀具前角的增加而增大。刀-屑摩擦因数对锯齿状切屑形态无明显影响,但切削力、刀-屑接触长度随刀-屑摩擦因数的增加而增大。换热系数对切削温度影响较大,换热系数越大,对切削温度降温效果越明显。对切削温度的抑制效果由低温冷风雾化射流冷却、水射流冷却、低温冷风冷却依次减弱,但都优于干切削。     

半球件车削残余应力的正交试验研究

运用正交试验方法对半球形零件进行切削试验,采用方差分析法分析试验结果。结果表明,半球件车削加工后,球顶处于强烈的压应力状态,球面上切向残余应力表现为拉应力,轴向残余应力表现为压应力;切削参数对加工表面残余应力影响的显著性顺序为进给量、切削深度和切削速度。在本试验参数范围内选取切削参数时,切削速度、进给量取中值有利,切削深度取小值有利。     

Al2O3基陶瓷刀具干切削淬硬钢H13时的加工表面质量研究

试验研究了不同速度下Al_2O_3/(W,Ti) C陶瓷刀具的磨损寿命以及不同后刀面磨损量时对应的切削温度,不同切削速度时刀具后刀面磨损量对表面粗糙度、表面残余应力以及加工硬化等表面完整性的影响规律及机制。结果表明:随着切削速度提高,工件已加工表面粗糙度减小;随着陶瓷刀具后刀面磨损量增加,表面粗糙度先减小后增大;已加工表面的残余压应力随切削速度增大而逐渐减小;表面残余应力随后刀面磨损量增大从残余压应力向残余拉应力转变;随着切削速度的提高,工件表面加工硬化逐渐降低;已加工表面显微硬度值和硬化层深度随后刀面磨损量增加而增大。