有限元法在切削加工过程分析中的应用

介绍了切削加工过程有限元分析的发展 ,研究了切削加工过程有限元分析的关键技术 ;在总结有限元法在切削加工分析方面的主要应用的基础上 ,展望了切削加工过程有限元分析的未来研究趋势。     

切削深度对超精密切削过程影响的有限元分析

基于大变形有限元理论和更新的拉格朗日方程式 ,建立了热耦合的平面应变正交切削有限元仿真模型。采用通用的商业非线性有限元软件 ,对无氧铜超精密切削加工过程进行了仿真 ,研究超精密切削过程中切削深度对切削力、残余应力、等效应力、等效应变和切削温度的影响。通过对超精密切削有限元仿真结果的分析 ,可以优选出合理的切削参数。     

斜角切削过程的三维热—弹塑性有限元分析

基于大变形理论和虚功原理,建立了斜角切削加工过程的三维热一弹塑性有限元模型.分析和研究了涉及切削加工有限元模拟的关键技术.采用通用有限元求解器ABAQUS/Explicit对斜角切削过程进行了有限元模拟,分析了切削过程中切屑的形成过程及其形貌、三维切削力的变化情况,以及应力、应变、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律.通过与试验数据的比较,证明了所建立有限元模型的正确性.斜角切削过程的三维热一弹塑性有限元模拟研究为铝合金高速切削加工的工艺参数优化、刀具几何参数的合理选择提供了参考.     

基于ABAQUS切削仿真加工技术应用

金属切削计算机仿真模拟是将材料力学、有限元分析和仿真技术等集成创新并发展起来的一门新兴技术,切削数学建模与仿真技术的采用有助于理解切削过程、优化切削工艺、研究切屑形状和刀具磨损,改进加工表面质量.本文基于ABAQUS切削仿真有限元软件,阐述了切削仿真研究的现状,分析探讨了有限元仿真的几何模型、材料模型、分离准则、摩擦模...     

高速硬态切削参数影响的有限元分析

研究了切屑分离、刀屑摩擦等关键技术,建立了轴承钢GCrl5高速切削的有限元模型.根据实际切削加工状况选择适当的切削参数,建立了正交试验表,利用有限元软件进行了有限元模拟,研究了刀具负前角和切削参数对切削力、温度、应力应变等的影响程度和趋势.该有限元模型可以用于分析切削参数对切削过程的影响,为下一步参数优化研究奠定了基础.     

钝圆刀刃切削的有限元模拟

利用商业有限元分析软件Marc对考虑切削刃钝圆半径的切削加工过程进行了有限元模拟。分析了切削刃钝圆半径在切削加工过程中对切削力和切削温度的影响     

高速切削加工的三维数值模拟

运用有限元方法,借助计算机软件建立高速切削的三维有限元模型。模拟高速切削过程,对切削机理进行了研究分析,更真实的模拟了切削状态的变化过程,得到了切削力、切削温度的变化规律。仿真分析的结果对高速切削的切削参数和刀具的优化选择有重要的参考意义。     

高速切削过程有限元分析的研究进展

大量的研究成果表明:有限元模拟作为研究高速切削机理的一种有效手段,已被广泛用于高速切削过程分析。综述高速切削中锯齿状切屑形成机理、切削过程中的物理量(切削力、切削温度,刀具磨损)及表面质量等方面的有限元分析的研究现状。展望高速切削有限元模拟分析的发展方向。     

基于ABAQUS的二维直角切削加工有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件对二维切削加工过程中非线性、弹塑性进行了有限元分析,结合ABAQUS中材料失效准则、剪切失效、单元删除等实现了切削过程中切屑的分离,同时得出了切削过程中应力、应变、切削力的变化趋势,符合一般切削理论。     

正交切削加工温度场的有限元仿真分析

本文简述了切削加工切削热的产生于传导,基于有限元仿真技术分析了正交切削加工过程的温度场分布,并对结果进行了后置处理与分析,结果表明有限元仿真技术的分析结果对研究切削加工过程有较好的辅助作用。     

Study on cutting temperature during milling of titanium alloy based on FEM and experiment

A finite element model of helix double-edge cutting was developed to study cutting temperature during milling of titanium alloy Ti6Al4V. To improve the accuracy of finite element simulation, a new method to construct material constitutive model was presented, and material constitutive model with big strain, high strain rate, and high-temperature characters for aeronautical titanium alloy in cutting process was established. Using this finite element model, milling process of titanium alloy was simulated. Cutting temperature change curves and values were obtained. An analysis indicates that the highest cutting temperature lies in tool-chip interface and is more close to cutting edge; moreover, the temperature is higher in rake face than flank face of the tool. The embedded semi-artificial thermocouple cutting temperature experiment was improved by substituting constantan band for constantan wire. By comparing the results obtained from finite element simulation and cutting temperature experiment results, a good agreement is found, showing finite element simulation analysis of cutting temperature for titanium alloy is correct.     

基于ABAQUS的齿圈车削数值模拟研究

齿圈为传动系统中典型高精度弱刚度,本文针对该典型零件建立了三维有限元模型。工件采用了弹塑性材料模型,而刀具采用刚性材料模型,利用商业化软件ABAQUS,对所建立的模型进行了有限元分析,得到了齿圈车削时切屑的形成过程、切削热的分布以及切削力变化规律,将部分结果与理论规律做了比较,发现他们是吻合的。     

涂层刀具切削温度研究现状

分析了切削热的产生和切削热在加工过程中的影响,总结了研究涂层刀具切削温度的模型和方法,对涂层刀具切削温度研究的各种理论和实验进行了综述。有限元分析结果表明目前对于三层涂层及三层以上涂层刀具的理论分析与实验值比较吻合。指出涂层结构、涂层材料以及工件材料等都对切削温度有影响。     

Prediction model and simulation of cutting force in turning hard-brittle materials

The removal mechanism of hard-brittle material was studied in this paper. The shear strain and specific shear work of brittle material cutting were analyzed. The cutting force model of hard-brittle material was developed based on the fracture mechanics. Johnson-Cook model was modified and applied to finite element simulation of hard-brittle material cutting. The cutting force of machinable ceramics was predicted by BP neural network. The turning experiments of machinable ceramics were carried out. The influence of processing parameters on cutting force was investigated. The results show that the modified constitutive model well reflects the fracture removal process of brittle material. The simulation results are in well agreement with experimental data and theoretical data. The effects of cutting depth and feed speed on cutting force are larger than those of cutting speed and tool cutting edge angle.     

不同条件下的正交切削温度场的数值分析

建立正交切削加工过程中的传热数学模型,基于Lagrange描述法和有限元法对正交切削的温度场进行数值计算,应用Deform有限元分析软件对不同加工材料、不同切削前角以及不同切削参数下的切削过程进行仿真,得出影响温度场的变化规律.研究结果表明,切削过程的热量主要由材料的塑性变形和切屑与刀具的摩擦产生的,在不改变材料属性的前提下,通过调整切削参数和刀具的形状来降低切削过程的温度,并给出具体刀具前角大小的温度影响分布曲线,为切削加工过程的优化提供参考依据.     

基于离散元的玻璃切割塌边现象仿真研究

玻璃切割产生的塌边破坏问题是玻璃在切割后分离过程中出现的一个实际问题,它的本质是玻璃材料由连续体向非连续体转变的一个极其复杂的力学过程。阐述了基于圆球单元的三维离散元原理,建立了基于球体单元的玻璃切割塌边的三维离散元模型,应用离散元法仿真分析了玻璃切割塌边全过程。通过仿真试验比较不同金刚石划痕深度对塌边量的影响,结果在定性上符合预期现象,从而进一步说明了离散元的方法对于该现象仿真评价的有效性。     

金属切削过程的有限元法仿真研究

根据材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型,采用有限元仿真技术,利用有限元软件ABAQUS对中碳合金钢40CrNiMo切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真,分析切削加工区域的应力、应变的分布。该方法比一般的试验法更省时省力,在研究金属切削理论、材料切削性能及开发刀具产品方面有着工程应用价值。     

超声振动车削的有限元仿真及参数优化

基于超声振动切削中的关键参数振幅、振动频率和切削速度,针对如何确定其最优值的问题,以典型的难加工材料不锈钢作为研究对象,利用ABAQUS建立有限元模型,通过数学模型和试验数据验证有限元模型的准确性,并结合优化软件ISIGHT进行联合优化,采用全局优化中的Evol进化优化算法得到超声加工中的最优刀具参数和最优切削参数。     

单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真与试验研究

为探索氮化硅陶瓷单颗磨粒切削加工的机理,进行单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷的仿真与试验。选用截角八面体模拟金刚石磨粒,基于Johnson-Holmquist ceramic硬脆材料本构模型,采用有限元网格法进行单颗磨粒直线切削仿真,分析工件材料的切屑去除、划痕形貌、应力动态变化与分布、切削力变化等现象,以及工艺参数对切削力的影响。制备单颗金刚石磨粒工具,在平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷的试验,进一步分析划痕形貌、切削力的变化,并验证有限元仿真的正确性。研究表明,划痕光直平整,塑性隆起很少,边缘存在较大尺寸的破碎,划痕内有局部小尺寸的破碎;划痕的深度和宽度比磨粒的切削深度和宽度尺寸略大。应力与切削力存在动态波动。随着砂轮速度的增加,切向力和法向力减小;随着切削深度的增加,切向力和法向力增大。切削力比在4～6之间变化。     

Machining and simulation studies of bimetallic pistons

Light aluminium alloy piston is suitably reinforced at high load-bearing region with cast iron insert, and machining of such bimetallic material is more difficult with a single cutting tool material. Present study focuses on the orthogonal cutting of bimetallic material machining using cubic boron nitride as a cutting tool through finite element analysis. The effects of cutting parameters such as cutting velocity, feed rate and depth of cut on resultant cutting forces and the surface roughness were analysed. Those parameters yielding minimum cutting forces were identified as minimal cutting force parameters, so numerical simulation and experiments were carried out on these parameters. After machining, the intermediate bonding between metallic regions was studied using ultrasonic testing. Bimetallic machining is successfully simulated, and its potential is readily applied to an industrially important component.