变截面涡旋盘高速铣削仿真加工与实验研究

为减小变截面涡旋盘涡旋齿的变形,提高加工精度,需确定合理的铣削参数。开展了变截面涡旋盘高速铣削仿真与实验研究以确定铣削参数的合理取值范围;选用HT250变截面涡旋盘为研究对象,研究了更接近实际的材料本构模型、刀-屑摩擦模型和热传导控制方程等关键技术;建立了变截面涡旋盘几何模型和简化后的二维铣削模型,利用ABAQUS软件仿真切屑成形过程及不同的铣削参数对铣削力、铣削热影响的变化曲线;通过多因素正交实验加工变截面涡旋盘。结果表明:当主轴转速为3500 r/min、每齿进给量为0.1 mm以及切削深度为2.5 mm时进行铣削更加合理。铣削变截面涡旋盘的研究为加工参数的选择提供了依据和参考;依据实验后所得的铣削参数进行铣削可减小铣削力、铣削温度及齿变形,提高了变截面涡旋盘的加工效率和质量。     

基于ABAQUS的刀具几何参数对铣削HT250铸铁变截面涡旋盘的影响

由于变截面涡旋盘加工比较复杂,且加工精度要求高,需考虑刀具几何参数。开展HT250铸铁变截面涡旋盘高速铣削仿真,研究刀具几何参数对其的影响,并通过试验加工出变截面涡旋盘实体;构建由三段基圆渐开线组成的变截面涡旋盘数学模型,建立三维铣削模型和简化后的二维铣削模型,基于ABAQUS软件分析加工时刀具前角、后角和钝圆半径对铣削力和铣削温度的影响规律,得到不同刀具几何参数的铣削应力云图和铣削温度分布云图。通过刀具几何参数对变截面涡旋盘铣削力和铣削温度影响规律的研究,为选择合理的刀具几何参数提供依据和参考,便于提高变截面涡旋盘加工精度。     

基于热源法的涡旋盘高速精密铣削切削热研究

针对高速精密铣削过程中涡旋盘的热变形问题,基于热源法建立了工件温度场模型,分析其任意位置任意时刻的温度变化情况。根据Cr15Mo材料的J-C本构模型和剪切面温度场模型,推导出剪切面温度和剪切应力的数学模型,探讨了不同应变下应力-温度的关系和不同温度下应力-应变的关系。数值模拟结果表明,当数控机床主轴转速达到7 000r/min时,切削温度保持在753.957℃左右,转速每升高1 000r/min,涡旋盘应变变化213/s,应力约增加20MPa。研究结果对于涡旋盘高速精密铣削中合理选择加工参数、有效控制热变形具有一定的指导意义。     

模具淬硬钢高速铣削加工的有限元模拟

研究了高速铣削加工数值模拟所涉及的切削层等效简化铣削加工模型,分析了工件材料的流动应力模型与刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术.并根据等效简化模型平面应变特征的特点,建立了铣削加工数值模拟的2-D有限元模型.基于此模型对高速铣削加工淬硬钢P20的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力切削加工实验测得了相同条件下的铣削力值.结果表明:实验铣削力值与数值模拟在一定的误差范围内结果一致.由此可见,采用具有平面应变特征的有限元模型进行应力和温度的模拟切削过程是可信的.高速铣削加工有限元模拟研究为淬硬钢切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

基于改进粒子群优化算法的变截面涡旋盘瞬时铣削力模型参数求解

针对变截面涡旋盘瞬时铣削力预测存在的多元非线性难题，从涡旋盘实际铣削过程出发，建立了考虑刀具跳动的瞬时铣削力数学模型，提出了一种基于改进粒子群优化算法（PSO）对铣削力模型参数进行求解的方法，以提高瞬时铣削力预测模型精度。通过4组不同铣削参数下的瞬时铣削力实验对该方法进行验证，结果表明：该方法求解得到的变截面涡旋盘瞬时铣削力与实验测得的瞬时铣削力在形状和峰值处有较高的吻合度，4组实验的峰值误差在15%以内；采用自适应惯性权重和随机扰动因子的改进PSO算法能够有效地提高变截面涡旋盘瞬时铣削力系数辨识的收敛速度和收敛效果，还能提高算法整体搜索能力。该方法只需较少的实验次数就能辨识出较高精度的模型参数，比平均铣削力求解方法的实验成本更低，对涡旋盘的加工具有重要参考价值。     

铝合金高速铣削机理三维仿真建模与分析

为了研究铝合金7050-T7451高速铣削机理,建立了能反应实际铣削状态的斜角切削有限元模型.该模型采用双刃螺旋立铣刀进行模拟,模拟过程考虑刀具的进给运动和旋转运动,工件材料模型通过高温拉伸实验与高速压缩实验得到,刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和粘结摩擦区的修正库仑定律,切削温度模型等效为窄带热源.采用建立的有限元仿真模型模拟了铣削过程中的切屑成形状态,分析了应力、应变和温度分布情况以及铣削力值.研究结果表明,铝合金高速铣削加工形成连续带状切屑,最大应力发生在第一变形区,切屑形成时应变最大,最高温度出现在刀、屑接触部位,模拟得到的铣削力可以接受.     

变截面涡旋齿组合型线的径向铣削厚度分析

变截面涡旋齿是新型涡旋压缩机的核心部件,其加工精度决定了压缩机的工作性能。该涡旋齿型线由曲率时刻变化的复杂曲线组合而成,齿型线轮廓度、表面粗糙度等加工精度要求很高。在涡旋齿铣削加工中,给定的径向铣削厚度随型线的曲率变化而变化,若参数选择不好,会使铣削状态恶化,加剧刀具磨损,影响加工精度和效率。文章以三段基圆渐开线组合齿型线为研究对象,分析涡旋齿型线的曲率半径并对型线的刀位轨迹进行处理,建立铣削涡旋齿型线壁面的径向铣削厚度模型。揭示了径向铣削厚度随刀位轨迹的变化规律,为建立变截面涡旋齿型线铣削力模型奠定了理论基础,为控制涡旋齿加工变形,提高加工精度提供了有效途径。     

薄壁工件铣削加工变形的预测

以铣削力模型和ABAQUS有限元分析软件为基础,采用考虑了刀具/工件变形耦合效应、材料去除效应以及工件变形引起铣削力加载点变化等因素的仿真预测方法,建立了薄壁工件加工变形预测的有限元分析模型,并对航空钛合金框体工件进行了铣削加工变形预测及试验验证,仿真结果与试验数据吻合较好。     

变截面涡旋盘薄壁齿高速铣削仿真及实验研究

针对方程曲线构建的变截面涡旋齿加工质量难以控制,薄壁齿易变形,精加工铣削参数难以确定等加工难点,利用DEFORM-3D软件建立薄壁齿微尺寸铣削有限元模型.实时观测涡旋薄壁齿的铣削状态,采集了第三变形区的铣削热和平均铣削力,优化影响壁面加工质量得进给量为0.05 mm/r,铣削深度为0.5 mm.最终通过实验验证了Fx方向平均铣削力最大相对误差为18.89％,Fy方向平均铣削力最大相对误差为11.82％,为复杂方程壁面铣削加工参数的选择提供了一种新思路.     

基于MATLAB的圆周铣削力仿真对铣刀参数的选择分析

针对圆周铣削加工中工件和机床的偏移使得铣削力对工件精度有较大影响的现状,通过对圆周动态铣削力模型理论进行研究,然后利用MATLAB函数通过改变参与加工的铣刀参数对圆周铣削力进行仿真分析,并通过对照仿真实验进行模型验证,研究结果表明在铣削过程中铣削力分布对工件已加工部分的尺寸精度有重要影响,通过对不同参数的仿真结果对比表明在生产加工前通过铣削力仿真可以选择出较为合理的铣刀加工参数从而减少机加工误差,提高加工效率。     

瞬时铣削力数学模型及验证

在实际铣削加工中,由于铣削的断续性以及铣刀的多齿性,使得铣削力呈动态变化,动态变化的铣削力是造成工艺系统振动和工件变形的主要因素,因此建立准确的动态铣削力预测模型,是研究铣削加工工艺参数优化、铣刀结构参数优化和加工表面形貌预测的基础,并且对指导实际加工生产具有重要的意义。以微元铣削力为基础,通过计算某一时刻参与铣削的切削刃长度构造瞬时铣削力数学模型,并且结合试验验证了此模型的有效性,此模型为优化铣削加工提供了理论依据。     

刀具角度对钢轨铣削温度的仿真与试验研究

刀具角度与切屑的形成、铣削力、铣削温度、刀具磨损和被加工表面质量有着重要的联系。为了分析刀具几何角度对第一变形区铣削温度的影响,利用Advant Edge对U71Mn铣削过程建立了3D仿真模型;同时,采用K型人工热电偶测量了第三变形区—刀/工面处铣削温度,并探究了工艺参数对铣削温度的影响规律。试验结果表明:随着刀盘转速、进给速度和背吃刀量的增加,铣削温度逐渐升高;其中,刀盘转速和背吃刀量对切削温度有着更为显著的影响,而进给速度的影响则较小。然后采用红外热像仪对第二变形区刀/屑面的铣削温度进行了测量,并将在同一切削参数条件下人工热电偶与红外热像仪的实测温度与仿真结果进行了比较,结果表明所建3D仿真模型的有效性。最后,在上述所建模型基础上仿真分析不同刀具角度对第一变形区切削温度的影响,为铣刀盘刀具结构设计提供一定的指导意义。     

铣削GCr15三维热力耦合加工模型仿真

以轴承钢GCr15为对象,基于ABAQUS有限元分析软件建立了铣削加工的三维热力耦合模型。模型采用D20圆角立铣刀,仿真研究了铣削加工中铣削速度和刀具每齿进给量对铣削力的影响。并以热—力共同作用下的材料相变温度作为依据,阐释了加工中工件表面形成白层的过程,分析了加工参数对白层厚度的影响。对于研究铣削加工过程以及优化加工参数有重要意义。结果表明:随着铣削速度与每齿进给量的增大,铣削力呈上升趋势,工件表面白层厚度逐渐增加,但增加的速率随着铣削速度与每齿进给量的增大而逐渐降低。     

考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力建模

针对铣削加工过程中工件和刀具接触关系的时变性所导致铣削力预测不精准的问题,提出一种综合考虑工件变形作用下的五轴侧铣铣削力建模方法。首先,基于机械Ⅱ型力学模型,综合考虑剪切力和犁切力作用,建立五轴铣削加工微元铣削力模型;其次,利用欧拉-伯努利梁理论计算工件在任意切削深度下的变形量;进而,更新工件变形量引起的切削深度变化,构建考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力模型;最后,通过试验与模型预测结果对比,得出在考虑变形的情况下,X、Y方向上铣削力的平均峰值误差分别减小了4.42%和0.62%,验证了模型的有效性。     

端铣7055铝合金铣削力及铣削温升研究

通过试验构建了适合描述7055铝合金铣削加工过程的流动应力本构模型。采用有限元软件Deform-3D建立了接近实际的三维螺旋刃立铣刀单齿铣削加工数值仿真模型,通过仿真计算,获得了铣削7055铝合金过程中的铣削力和铣削温度,分析了铣削速度、进给量、铣削深度等工艺参数对铣削力和铣削温度的影响规律。结果表明,铣削力和刀尖处工件温度都随着铣削速度、进给量、铣削深度的增大而增大,但增大的程度及影响机理不尽相同。最后通过铣削力和铣削温度测量试验对有限元计算结果进行了验证。     

铣削力预测方法和影响因素综述

为减少航空发动机薄壁件铣削加工过程中的加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的切削力进行预测。因此,综述了多远回归分析预测模型、微元铣削力预测模型、有限元预测模型和人工神经网络预测模型,并对切削用量、刀具几何参数、工件材料、冷却作用、刀具材料和刀具磨损对铣削力的影响进行了分析。     

基于加工特征的铣削力预测研究

航空发动机广泛采用钛合金薄壁结构,薄壁件在铣削加工过程中受铣削力的影响易于产生加工变形,影响加工质量。为减少加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的铣削力进行预测。为此,以Johnson-Cook本构方程为基础,考虑材料热力学动态性能和断裂准则对铣削力的影响,建立了基于加工特征的钛合金Ti-6Al-4V铣削力预测模型。首先,利用UG/Open工具模块对UG软件进行二次开发,创建了零件加工特征知识库。然后,利用Deform-3D仿真软件对材料本构模型、切屑分离和切屑断裂准则等进行描述,建立钛合金Ti-6Al-4V铣削加工有限元模型,对铣削力进行预测。铣削力实验证明了预测模型的可行性。最后,利用建立的有限元模型研究了工件曲率半径对铣削力的影响。结果表明,圆弧内轮廓铣削过程中的铣削力较大,圆弧外轮廓铣削过程中的铣削力较小。     

汽轮机叶片薄壁曲面加工变形分析及切削参数选择

汽轮机叶片是汽轮机的核心零部件,而薄壁曲面叶片的受力变形一直是加工难题。建立了叶片加工的刀具铣削力模型,采用ANSYS Workbench有限元软件将铣削力施加在数控程序所对应的工件各接触点处,对汽轮机薄壁叶片的加工变形进行分析研究并得到变形量最大的点。通过研究该点处切削宽度、切削速度、进给量和切削深度对叶片变形的影响规律,确定了实际加工薄壁叶片的切削参数,并通过仿真和实际加工验证了其可行性。     

圆周铣削加工动态和静态铣削力MATLAB仿真分析研究

基于圆周立铣刀在铣削加工中静态和动态切削力分布对工件尺寸精度有较大影响的现状,对静态和动态铣削力模型进行建模研究,建立有效铣削力分布预测仿真,并对静态和动态铣削力仿真结果进行对比分析,研究结果表明在铣削过程中动态铣削力分布对工件已加工部分的尺寸精度预测较静态铣削力预测有较大优势,通过改变刀具齿数、进给速度、径向切深3个加工参数,对铣削力分布进行对比仿真研究,选择出更加合理的铣削参数,研究表明对比分析较单纯依靠单一模型更加具有参照性.     

基于ABAQUS的异型薄壁件装夹变形控制研究

针对异形薄壁复杂框体工件装夹过程中夹紧力大小主要依赖人工经验,装夹变形难以控制等问题,采用有限元分析方法,在ABAQUS中建立工件-夹具系统模型,利用生死单元技术模拟铣削加工材料去除过程,同时通过力矩平衡方程揭示夹紧力和切削力之间的关系,最终以减小工件装夹的最大弹性变形量为目标,对铣削过程的切削力和夹紧力进行匹配优化。验证结果表明,采用优化后的装夹参数可以有效减小工件变形量并提高装夹效率。