单晶锗纳米切削过程应力场分布的分子动力学研究

为了进一步研究单晶锗的微纳米切削机理,首次采用分子动力学方法研究了材料原子的应力场分布以及不同刀具角度对应力分布的影响。采用近邻平均法计算了切削过程中不同时刻的hydrostatic应力和von Mises平均应力值。结果表明,在单晶锗的纳米切削过程中,最大平均应力集中于刀具尖端的亚表面区域,最大应力值为8.6Gpa。在切屑中也有很高的应力值,在4.2GPa左右。此外,刀具的角度也对应力场的分布有很大影响,绘制了不同刀具角度的切削力曲线。发现,刀具前角对切削力有显著影响。刀具采用负前角切削时切削力最大,而刀具后角对切削力没有影响,这与宏观切削理论相一致。     

陶瓷刀具切削镍基合金的三维数值模拟

为了揭示Sialon陶瓷刀具的切削力、切削温度和应力的变化规律,借助于有限元分析软件,建立了三维金属切削的有限元模型,模拟了Sialon陶瓷刀具切削镍基高温合金Inconel 718的切削过程,得到了切削力、切削温度及应力随刀具前角和切削速度变化的规律,计算出了Sianon陶瓷刀具切削Inconel 718时的合理前角是-8°,同时分析了刀具不同时刻切削温度和等效应力的分布规律。     

刀具几何参数对金属钛纳米切削影响的分子动力学研究

基于分子动力学的基本原理,构建了钛的纳米切削分子动力学仿真模型。工件原子间采用嵌入原子势EAM（Embedded atom method）,工件原子与刀具原子间采用Morse势函数,研究了在不同刃口半径和刀具前角条件下,钛纳米切削过程中工件形态、系统势能、切削力以及工件温度等的变化规律。结果表明：随着刀具刃口半径增大,加工表面粗糙度增加,切削力和工件温度降低,切屑变薄;当刀具前角由负值增加到正值,钛工件承受的压应力逐渐变为剪应力,正前角刀具更有利于切削,同时在不同的刀具前角下,切向力和法向力的大小也有显著变化。     

刀具几何参数对金属钛纳米切削影响的分子动力学研究（英文）

基于分子动力学的基本原理,构建了钛的纳米切削分子动力学仿真模型。工件原子间采用嵌入原子势EAM(Embedded atom method),工件原子与刀具原子间采用Morse势函数,研究了在不同刃口半径和刀具前角条件下,钛纳米切削过程中工件形态、系统势能、切削力以及工件温度等的变化规律。结果表明:随着刀具刃口半径增大,加工表面粗糙度增加,切削力和工件温度降低,切屑变薄;当刀具前角由负值增加到正值,钛工件承受的压应力逐渐变为剪应力,正前角刀具更有利于切削,同时在不同的刀具前角下,切向力和法向力的大小也有显著变化。     

Ti(C,N)基金属陶瓷刀具切削加工有限元模拟

介绍了本课题组研制的一种新的刀具材料--T(iC,N)基金属陶瓷的成分组成及其力学性能;基于大变形-大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法、采用几何断裂分离准则,建立了二维弹塑性金属正交切削有限元模型,对金属正交切削过程进行了数值模拟;改变刀具前角,得出在不同的刀具前角下T(iC,N)基金属陶瓷刀具在正交切削过程中切削力以及刀具后刀面等效应力变化;分析了切削力、刀具表面等效应力对刀具磨损的影响;模拟结果与相关研究的实验数据吻合。本文的研究为后期研制新的刀具材料提供了理论依据,降低实验成本。     

Inconel718切削过程的有限元仿真研究

为了研究高速切削Inconel 718的切削机理,应用有限元软件DEFORM-2D模拟了高速切削Inconel 718的切削过程,分析了切削速度对切削温度、切削力和剪切角的影响规律以及切削过程中刀具和工件的应力场分布情况.仿真结果表明:切削力随着刀具的切入先迅速线性增大,然后趋于稳定,切削力随切削速度的增大呈下降趋势.切削温度的最高点总是位于前刀面上距离刀刃不远的地方.最高切削温度随着切削速度的增大而增高.最大刀具等效应力出现在前刀面上切削刃的周围,工件上最大等效应力出现在第一变形区.切削过程中,剪切角随切削速度的增加而增大.     

三维木材切削虚拟仿真与木工刀具参数优化研究

利用ANSYS的Solid95单元构建木材切削三维模型并对切削过程进行有限元分析,通过分析可获得不同刀具前角所对应的最大有效应力并推断最优前角的角度值.取不同前角试制木工刀具,将其安装到小木块加工机上进行试验,结果表明,优化结果与试验结果基本一致.利用该方法可对木材切削过程进行分析及对刀具进行优化设计.     

超精密车削加工有限元仿真研究

为研究不同的切削加工参数对超精密车削加工的切削力、切削温度、切削应力等的影响,用有限元法对金刚石车削过程进行三维仿真,得到在不同切削参数下车削铝合金时的切削力、切削温度、切削应力的变化,以及切削区的微观应力的分布状态。仿真结果表明:刀具所受到的主切削力明显大于其余两个方向的力;当切屑和母体发生分离的时候,切削力会突然降低;工件上应力最大的部分是和前刀面相对的部分;切削温度较低,最高为30℃。根据仿真结果可对切削参数进行优化。     

刀具几何角度对7050铝合金高速切削影响研究

使用不同前角度的YG刀具对7050铝合金进行切削试验。试验结果表明:随着刀具前角的不断增大,三向切削力呈现较大幅度的减小趋势,切削表面质量也相应提高,但当前角增大到15°时,切削表面质量变差。究其原因在于,随着刀具前角的不断增大,刀尖锋刃程度增强,致使切削力减小,但是前角超过15°后,容易产生积屑瘤,致使切削表面质量变差。     

刀具前角对加工残余应力的影响分析

切削加工过程中在工件表面产生的残余应力的大小和分布对工件的使用性能有重要影响.实践表明工件表面残余应力与刀具前角密切相关.文章建立了二维切削模型,利用有限元法计算分析了残余应力与刀具前角的关系.结果表明,在前角一定变化范围内,工件表面主要产生残余拉应力,其值随前角增加先增大后减小,残余拉应力层的厚度与刀具前角关系不明显.因此可以通过改变刀具前角来控制加工过程中的残余应力.     

CVD金刚石厚膜刀具切削参数对切削力及粗糙度影响的研究

为了探究CVD金刚石厚膜刀具切削参数(包括刀具后角、刀尖圆弧半径、切削速度、进给量和切削深度)对切削力和被加工表面粗糙度影响的初步规律,采用单因素方法进行了一系列CVD金刚石厚膜刀具车削仿真和试验研究。结果表明:AdvantEdge有限元仿真软件模拟切削力过程有一定的准确性;在试验参数范围内,随着刀具后角的增大,切削力和表面粗糙度都是先减小后增大,当后角为11°时,切削力和表面粗糙度值最小;随着刀尖圆弧半径的增大,切削力逐渐增大,而表面粗糙度则逐渐减小;随着切削速度的增大,切削力和表面粗糙度都是先增大后减小,当切削速度为90m/min时,切削力和表面粗糙度值最大;随着进给量的增大,切削力和表面粗糙度都显著增大;随着切削深度的增大,切削力和表面粗糙度都逐渐增大,但切削深度对表面粗糙度的影响较小。     

基于AdvantEdge切削工艺参数及刀具几何参数对切削力影响研究

为了探究在低速正交刨削时,切削工艺参数及刀具几何参数对切削力的影响,以AdvantEdge仿真正交刨削Ti6Al4V合金,在不同切削工艺参数和刀具几何参数下的仿真,分析得出切削深度、进给量、前角和钝圆半径对切削力影响最大,故而通过仿真数据进行在spss进行回归拟合和方差分析,建立了相应的指数模型公式,得到切削力指数模型,这为研究低速切削下切削工艺参数和刀具几何参数对切削力的影响做理论指导。     

工艺参数对单晶硅超精密加工切削力的影响

为了了解单晶硅超精密车削过程中不同切削参数及刀具前角对切削力的影响,利用单晶金刚石车刀对单晶硅进行单因素变量超精密车削试验。试验结果表明:进给量f和切削深度a_p对X、Y、Z方向的切削力F均有增大的趋势;而在切削速度v_c增加时,各方向的F逐渐减小;切削前角减小时,切削力反而增大。通过各因素对切削力F的变化幅值可以得到,对F影响较大的参数为a_p及f。选取最佳组合参数对单晶硅进行超精密切削试验,得到极为光滑的表面。     

基于刚粘塑性变分原理的金属切削过程数值模拟

为了研究切削过程中的切削力和切削温度的分布和刀具磨损,优化高速切削参数,基于刚粘塑性有限元方法,采用有限元计算软件建立适于金属切削过程的三维有限元模型。模拟了45号钢的切削加工过程。主要研究了切屑的形成过程、切削力、温度场的分布以及切削应力的分布。详细分析了切削速度、进给量以及切削深度对切削力、刀尖温度以及刀具磨损的影响。该研究为金属切削加工选择合理的加工参数提供了理论依据。     

高温合金切削刀具表面凹槽织构参数的优化研究

为获得切削性能优异的镍基高温合金专用切削刀具,采用有限元仿真和切削试验研究车刀前、后刀面直线型织构凹槽的织构角度、凹槽间距和凹槽宽度对镍基高温合金GH4169切削过程中切削力和切削温度的影响规律。仿真结果表明:前刀面织构能降低刀具切削力和切削温度;与织构间距和凹槽宽度相比,凹槽织构的角度对刀具切削力和切削温度的影响更显著;当在刀具前刀面平行主切削刃建立凹槽状织构,织构间距60μm、凹槽宽度20μm时,切削力较低,切削温度最低。同时,切削试验显示平行于切削刃的织构刀具耐磨损性能和切削寿命均最好。织构刀具的工作寿命相比于无织构刀具提升了66.7%。     

钛合金TC21车削过程的三维数值建模与试验研究

针对一种新型高强度钛合金材料TC21钛合金难加工的特点,建立了车削过程的三维有限元模型。采用建立的三维车削有限元模型对钛合金材料TC21的切屑成形过程进行了数值模拟,并获得了切削过程的切削力变化曲线及应力值等物理量。同时,通过钛合金TC21的车削试验研究了刀具前角、进给速度及主轴转速对切削过程的影响规律。在相同切削条件下对试验结果与数值模拟进行了对比,结果验证了数值模拟的可靠性。实验结果表明,钛合金材料TC21的切屑也是锯齿状,且随着刀具前角的减小,TC21材料切屑锯齿状形态越明显。     

单晶锗纳米切削温度场分布及各向异性对切削温度的影响研究（英文）

为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100),(110),(111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460 K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400 K以上。在3个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,(111)晶面的原子密度最大,即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。     

钛合金高速铣削加工表面残余应力的模拟研究

采用有限元法建立了更接近实际的铣刀结构模型及三维铣削模型,对不同刀具参数和切削参数条件下高速铣削钛合金Ti6Al4V的表面残余应力进行了仿真分析,得到了各因素对表面残余应力分布的影响规律。结果表明:工件的残余应力在表层由拉应力迅速的转变为压应力,在100~200μm之间出现残余压应力的最大值。工件表层残余应力随刀具前角、切削速度和每齿进给量的增加而减小,切削深度对表层残余应力的影响不是很明显。     

刀具角度的作用

无论用于何种加工,刀具都有三个主要角度：前角、切入角和后角。其作用如下：①前角：影响切削力、切削刃强度和切屑流动杼陛;②切入角（导程角）：控制切削力的方向,有效减薄切屑,保护切削刃最薄弱的部位;③后角：确保刀具切削时不会与工件发生摩擦。     

单晶锗纳米切削温度场分布及各项异性对切削温度的影响研究

为深入理解单晶锗纳米切削特性,提高纳米锗器件光学表面质量,首次采用三维分子动力学(MD)的方法研究了单晶锗纳米切削过程中工件原子的温度分布情况,研究了晶体的各向异性(100), (110), (111)晶面对切削温度的影响及切削温度对切削力的影响。结果表明,在切削过程中最高切削温度分布在切屑当中,达到了460K。刀具的后刀面与已加工表面之间的区域也有较高的温度,在400K以上。在三个不同的晶面中,(111)晶面的切削温度最高,其根本原因是由于不同晶面间的原子空间结构不同,(111)晶面的原子密度最大即为单晶锗的密排面,释放出的能量最多。切削温度对切削力也有影响,切削温度越高,工件中原子受到的切削力越小。