微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.     

带断屑槽的硬质合金刀具干车削40Cr钢的切削性能

采用带断屑槽的硬质合金刀具干车削40Cr钢,研究了此种刀具车削40Cr钢,刀具前后刀面的磨损机理,分析了切削参数(切削速度和进给量)对刀具寿命和切削温度的影响.结果表明:此种硬质合金刀具干车削40Cr钢的磨损机理为剥离磨损、粘结磨损、氧化磨损和微崩刃;随着切削速度的增加,刀具磨损率降低;低速时切削速度的增加,提高了切削温度,当切削速度大于120m/min时切削温度随之降低;进给量的增加,能够提高刀具断屑槽的利用率,减小切屑对刀具主切削刃的正压力,降低切削温度,改善进给量的增加对刀具寿命的影响.     

可转位刀片断屑槽断屑性能及其槽构技术研究

可转位刀片断屑槽具有促进切屑卷曲、折断和保护刀具的作用.在切削过程中,断屑槽通过对切削力、切削温度和切屑形态的影响,进而间接影响刀片的使用寿命.通过对具有多种断屑槽槽型的同一种刀片进行切削实验,应用高速摄影机分析切削区域切屑产生、流出、卷曲和折断过程.通过磨损测量仪观测断屑槽,并结合切屑形态分析,明确断屑槽合理几何参数;通过三维受力分析仪采集切削过程中的振动和切削力,揭示断屑槽对切削力的影响规律;综合切削参数、断屑槽几何结构和切削力三方面的因素,最终确立断屑槽槽型与进给量对切屑折断的作用机制.研究数据以期为断屑槽设计与应用提供数据支撑.     

球头铣刀最优微织构参数确定方法

为了研究微织构对球头铣刀切削加工性能的影响规律,完成微织构参数的优化,依据粘结摩擦理论研究了微织构刀具的减磨抗磨机理,采用实验验证的方法,验证了微织构刀具具有减磨抗磨特性。采用DEFORM-3D有限元软件进行了不同织构参数刀具的铣削仿真,得出了刀具微织构参数的合理范围。根据仿真得到的参数范围,设计正交试验优化出球头铣刀最优织构参数组合为D=50μm、H=25μm、L_1=130μm、L_2=110μm。     

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.     

表面微坑织构对球头铣刀片结构强度的影响

为了分析微坑织构对球头铣刀片的应力与变形的影响,利用DEFORM-3D有限元分析软件对钛合金TC4进行了动态仿真,得到了X、Y、Z方向的切削力.将切削力施加在球头铣刀片相应的接触区域上,借助ANSYS进行静力仿真,分析了微坑织构对球头铣刀片结构强度的影响,并采用正交试验和极差分析法优化织构参数.结果表明,微坑织构可以增大铣刀片的等效应力,并减少铣刀片变形;织构参数对结构强度影响顺序为:间距直径距刃深度.     

切削SiCp/Al复合材料三相摩擦系数建模与模拟

为解决SiCp/Al复合材料切削力准确预测的问题,本文采用理论建模、有限元模拟和实验研究相结合的方法,研究了SiCp/Al复合材料切削过程中刀-屑接触摩擦状态。考虑基体材料与刀具接触摩擦、Si C颗粒的两体滑动摩擦和Si C颗粒的三体滚动摩擦对SiCp/Al复合材料刀-屑接触状态的影响,提出了SiCp/Al复合材料刀-屑接触三相摩擦系数模型。建立了SiCp/Al复合材料多颗粒随机分布模型,并基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行了SiCp/Al复合材料切削有限元模拟以及实验研究。结果表明:采用基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行SiCp/Al复合材料切削过程模拟,能够较准确地预测SiCp/Al复合材料的去除过程、切屑形成、刀具与颗粒之间的相互作用以及切削力。     

轴承淬硬钢硬车微进给有限元仿真分析

通过合理确定材料本构关系模型,材料热物理属性,对轴承淬硬钢GCr15正交微进给硬车削加工过程进行了有限元仿真分析。对硬车微进给条件下切削刃刃口圆弧对切削力、切削热影响的机理进行了分析。并通过实验验证了仿真模型。获得了不同刀刃半径-背吃刀量比例对切削力、刀-屑接触区温度分布的影响规律。     

表面沟槽微织构刀具高速微车削试验研究

针对微型刀具高速微切削过程中磨损严重的问题,基于表面非光滑技术,在刀具表面置入沟槽微织构,达到增强刀具减磨排热、抗粘结以及刀具抗磨能力。利用激光加工技术在微型车刀表面加工沟槽微织构;使用自行研制的高速微车削实验装置进行AL6061微加工实验,并针对刀具表面磨损状况、切屑形态、已加工表面粗糙度等三个方面进行评价。试验结果表明,沟槽微织构在提高刀具减摩性能及改善切屑形态和已加工表面质量方面效果良好。     

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．     

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.     

端面齿切削加工中精确α值的实现

本文推导出了端面齿参数α关于刀具切削刃交角γ刀的计算公式以及根据齿形角γ选择γ~刀的计算公式。设计了一种工艺销辅具辅助分度头精确扳度以提高端面齿加工质量。在端面齿切削加工以及端面齿精锻模型槽制造中具有实际应用价值。     

等螺旋角锥形立铣刀容屑槽槽形的理论分析

本文研究了等螺旋角锥形立铣刀容屑槽的槽形特点及其形成方法,推导了槽形的理论计算公式并编制了相应的计算机程序,利用该程序可以在进行实际的切削加工前,在计算机上绘制其加工槽形,并计算前角、刃带宽度,有利于正确地选择二次刀具及调整参数。     

42CrMo合金结构钢的切削加工有限元分析

采用有限元方法构建了42CrMo(美国牌号AISI 4140)合金钢的正交切削仿真模型,并对其进行了二维有限元仿真.切削仿真中,利用Johnson-Cook本构模型确立工件材料模型,刀屑界面摩擦采用剪切摩擦,分析温度场时把热传导系数设置为在刀屑界面上产生的压力函数.切削仿真结果表明:增大刀具前角,切削力下降;提高切削速度,则切削温度上升,等效应变速率明显加快.     

基于ANSYS环境切削刃温度的有限元建模与多步反向仿真

使用PCBN刀具对淬硬工具钢Crl2MoV（62±1HRC）进行了精密干式硬态车削试验．依据精密干式硬态车削的特点,建立了小切深．大刀尖圆弧半径一斜角车削条件下的切削层几何模型,提出半月牙形区域为刀具的主要吸热区,并建立了PCBN刀片的有限元模型．在人工热电偶测得的刀具指定点温度的基础上,运用多步反向仿真法,利用ANSYS软件仿真了四种不同切削速度下的切削刃温度,结果表明,切削刃温度在725-1053℃之间变化,仿真值与试验值的绝对误差小于5％,满足目标要求．该方法在生产实践中具有实际的指导意义与参考价值．     

高速切削典型难加工材料刀具摩擦与磨损机理研究现状

钛合金、镍基高温合金的低导热性、高化学活性引起高速切削过程中刀-屑接触区域温度高、工件材料与刀具亲和力强,刀具磨损严重,加工效率低,属于典型的难加工材料.针对这类典型难加工材料中刀具摩擦与磨损严重的问题,在论述高速切削刀-屑接触区摩擦特性研究现状的基础上,分析了刀具磨损机理、刀具切削性能、以及冷却润滑对刀具摩擦磨损行为...     

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.     

端铣切削可转位铣刀片刃前区温度场分析

端铣切削难加工材料3Cr1Mo1/4V过程中产生切削高温,导致刀片破损速度加快,使用寿命降低.因此精确控制切削热和准确测量切削温度成为决定此类难加工材料切削性能的关键因素.通过可转位铣刀片断续车削模拟端铣切削的实验方案,利用红外辐射测温法分析切屑自由端表面的温度分布规律,并借助有限元软件的热传导单元获得刀-屑接触区及切屑内部的温度场分布.研究结果表明,断续切削实验方案及有限元模拟可有效用于铣刀片刃前区温度场分析,从切屑一侧研究切削热及切削温度,为优化设计铣刀片槽型,提高刀具寿命和加工效率等奠定基础.     

振动车削夹片过程中动态变化的研究

基于振动切削机理,对夹片车削中刀具——工件振动系统的动态变化进行了研究,提出降低切削力的方法,该方法提高了加工精度、并具有切削温度不高和消除积屑瘤的效果。     

拉刀切削刃表面微结构对拉削性能的影响

为了研究拉刀切削刃表面微结构对拉削加工的影响,搭建拉削加工实验台,设计5种表面微结构数量不同的拉刀,进行实际拉削负载、工件振动特性和切屑蜷曲半径的对比实验. 实验结果表明,当刀具型号从2/3型变为6/7型时,拉削负载呈现先减小后增大的趋势;使用4/5型拉刀时的拉削负载最低,与使用2/3型拉刀和6/7型拉刀时相比,负载分别降低420、647 N. 拉刀切削刃表面微结构槽数量越多,对工件振动特性的抑制效果越好;使用6/7型拉刀时的工件微振动均方根振幅和刀齿切入频率对应的幅值相对于使用2/3型拉刀时分别降低38%、63%. 随着拉刀切削刃微结构槽数量的增多,切屑的蜷曲半径（即切屑变形难易程度）呈现先减小后增大的趋势,当使用4/5型拉刀时切屑的蜷曲半径达到最小值（654 μm）. 增加切削刃表面微结构的数量可以提高拉削性能,但是数量并不是越多越好,而是存在最优值.