多硬度淬硬钢铣削加工的三维数值模拟

应用斜角铣削过程中的三维热-力耦合模型,对多硬度拼接淬硬钢铣削加工过程进行数值模拟,得到了铣削过程中的切削力、切削温度,在此基础上分析了切削过程中切削速度、切削深度、刃倾角对切削力变化的影响。切削过程的三维数值模拟为多硬度淬硬钢铣削加工过程的工艺参数选择及刀具几何参数的合理确定提供了参考。     

拼接淬硬钢铣削特性有限元模拟

研究了拼接淬硬钢过渡区的铣削加工过程,建立了不同硬度下的Cr12MoV淬硬模具钢的本构关系式,采用有限元法对单一硬度和多硬度过渡区的铣削加工过程进行了数值模拟,分析了铣削力的变化规律,揭示了铣削温度场的分布形式。数值模拟结果表明通过有限元模拟的方式可以准确地得到多硬度过渡区的铣削力和温度场的相关信息,铣削力稳定性、温度场分布均匀性与铣削深度等铣削工艺参数有着密切的关系,通过合理的工艺参数优化可以实现过渡区的稳定加工,产生连续而均匀的切屑,形成高质量的表面。     

高效铣削淬硬钢凸曲面的铣刀性能测试方法

本文设计和加工了多硬度拼接凸曲面淬硬钢试件,以替代大型淬硬钢凸模,给出了铣削多硬度拼接凸曲面淬硬钢模具的刀具性能测试实验方案;利用该测试方案,检测出铣刀振动、磨损及加工表面形貌特征,并通过进一步增大每齿进给量测试刀具的使用寿命和安全可靠性,得到铣刀优选方法。结果表明,该方法可有效揭示和评价淬硬钢表面曲率和硬度多变对铣刀切削性能的影响,满足高效、安全稳定切削汽车内板淬硬钢凸模的要求。     

淬硬钢高速铣削用量确定方法的研究

采用高速铣削技术加工淬硬钢可以大大改善材料去除率和表面粗糙度,并提高淬硬钢加工效率,降低加工成本.为获得必要的加工精度、表面质量及延长刀具寿命,铣削淬硬钢材料除精心选择刀具材料和几何参数外,必须优化铣削用量.基于淬硬钢高速铣削参数对铣削力影响的理论分析,得出高速铣削淬硬钢宜采用高转速、低进给、小切深的方式进行铣削加工的结论.比较分析了确定淬硬钢高速铣削用量的常用3种方法.     

面向铣削力控制的凸曲面拼接模具硬态铣削工艺优化

机械加工对于模具结构的要求日益复杂,导致在模具自由型面上存在大量沟槽、凸凹等结构,容易出现磨损严重、拉毛拉裂等问题。对于模具不同位置所需要的应力特征不同,多采用镶块式模件拼接后整体铣削加工。而拼接处存在铣削力的突变导致刀具磨损过快和型面精度不高问题。本文通过阐述球头刀铣削凸曲面拼接模具表面形成机理,分析了铣削过程中不同位置的刀具-工件的接触关系;并且以球头铣刀加工不同硬度的淬硬钢Cr12MoV凸曲面拼接模具试验为对象,揭示切削深度、切削速度、每齿进给量及刀具铣削方向对拼接处铣削力突变的影响规律;以铣削力突变最小为目标进行正交试验研究,得到考察指标的主次影响规律和最优参数组合。     

球头铣削多硬度拼接淬硬钢的振动研究

研究了Cr12MoV淬硬钢单一硬度和多硬度拼接状态下的球头铣削振动规律,采用LMS Test.Lab软件对不同主轴转速及进给速度下的铣削振动信号进行时频域分析,获得了信号的时域特征及能量分布规律。实验和分析结果表明：振动信号的频谱由基波（刀齿通过频率）及其谐波组成,具有周期特性,在基波上出现最大幅值。在多硬度的过渡区,加速度信号峰值呈现阶跃变化。对比分析了单一硬度和多硬度拼接条件下铣削参数对加速度响应的影响规律,为铣削参数的优化和改善加工稳定性提供了依据。     

覆盖件模具拼接特征对球头刀铣削振动的影响

为了分析曲面拼接特征对振动的影响,建立了考虑拼接特征、曲面特征的未变形切屑厚度模型;基于曲面拼接区的未变形切屑厚度建立了考虑时滞变化的铣削动力学模型,通过数值计算综合分析了过拼接缝时冲击振动、刀具轴向位置角、拼接缝宽度对铣削振动的影响;最后基于淬硬钢曲面拼接铣削实验验证了考虑曲面拼接特征的铣削振动预测模型的准确性,并基于不同拼接特征下的铣削振动计算出了相应的加速度信号幅值和分形维数。研究结果表明:淬硬钢曲面拼接特征使铣削振动的非线性特征减弱,某一频段的振动能量集聚,据此情况可分析出不同拼接特征下的最佳加工工艺参数。     

涂层刀具高速铣削高硬度淬硬钢的振动研究

高硬度淬硬钢高速铣削过程具有高铣削速度和高加工表面硬度的特性,平稳高效的铣削能保证加工质量和精度,铣削振动的产生限制了硬态切削技术优越性的发挥.通过设计在不同加工工艺参数条件下涂层刀具高速铣削高硬度(HRC 48～68)淬硬钢试验,使用LMS Test9A测试分析软件采集铣削振动信号,进行时域和频域分析,研究铣削振动与淬硬钢材料硬度、铣削工艺参数的关系.结果表明:淬硬钢工件材料硬度提高,将使涂层刀具前刀面与淬硬钢工件材料的摩擦增大,进给方向摩擦阻力增大,振动信号幅值增大;TiAlN和AlCrN涂层刀具铣削时产生的振动信号相对TiSiN和CrSiN涂层刀具偏小,涂层设计过程中Al元素的添加对抑制和减少淬硬钢铣削振动有积极作用;铣削工艺参数值的变化对刀具进给方向铣削振动的影响各不相同,其中铣削速度的变化使铣削振动产生一个振动极值点;为了获得较小的铣削振动幅值和较高的铣削效率,优先选择的铣削参数值应使铣削振动尽可能减小.     

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.     

高硬度淬硬钢高速铣削过程的切削温度研究

通过设计在不同加工工艺参数条件下高速铣削高硬度(48HRC～68HRC)淬硬钢试验,研究了切削温度信号的特征,分析了切削温度与淬硬钢材料硬度、切削工艺参数的关系。结果表明:随着淬硬钢材料硬度的增大,切削温度呈现递增趋势,4种淬硬钢的切削温度随材料硬度变化顺序为:PM60SKD11S136P20,其中,PM60材料的切削温度远高于其余3种淬硬钢材料;随着切削工艺参数(切削速度、每齿进给量、轴向铣削深度和径向铣削深度)的增大,4种涂层铣刀的切削温度基本呈现出逐渐增高的趋势,其中TiSiN和TiAlN涂层铣刀的切削温度增高幅度大于AlCrN和CrSiN涂层铣刀。建立了4种涂层铣刀高速铣削淬硬钢S136的切削温度多元回归预测模型,可应用于淬硬钢S136的切削温度预测。     

高速铣削淬硬钢工艺参数的选择

合理选择工艺参数,对高速铣削淬硬钢非常关键。基于淬硬钢高速铣削工艺参数选择的理论基础,分析了工艺参数对加工表面质量、加工效率以及刀具磨损等影响,系统地阐述了工艺参数的选择方法。     

高速铣削淬硬钢表面粗糙度的试验研究

通过切削试验研究了高速铣削淬硬钢时刀具变量中的几何参数(铣刀的前角、后角、螺旋角)、工件变量(工件硬度)和切削参数变量(铣削速度、每齿进给量)对加工表面粗糙度的影响。根据对试验结果的分析得出高速铣削淬硬钢工件表面粗糙度的变化规律。     

三明治结构淬硬钢Cr12MoV切削加工的数值模拟

针对三明治结构淬硬钢切削过程复杂、切削力难以预测的问题,借助ABAQUS有限元软件,基于物理失效切屑分离准则、Johnson-Cook本构模型,建立了三明治结构淬硬钢Cr12Mo V的铣削数值分析模型。对三明治结构淬硬钢的铣削加工过程进行了数值模拟,通过改变仿真过程中的切削加工参数,获得了三明治结构淬硬钢的切削温度、切削力的分布;分析了工件硬度变化对切削温度、切削力大小的影响;通过铣削实验,对仿真结果进行了验证。研究结果表明:切削时的温度随工件硬度增大而不断升高,且同等切削参数下三明治结构切削温度较相应硬度区切削温度有所增加;三明治结构仅对焊缝夹层位置的切削力产生影响,并未对其他位置的切削力产生作用;实验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。     

淬硬钢高速铣削试验研究

针对淬硬钢选择了Cr12MoV进行了高速铣削研究,重点研究了铣削力、刀具对铣削过程的影响。结果表明：铣削方式、刀具螺旋角以及润滑方式对铣削力、刀具磨损的影响是不同的;随铣削速度的增加铣削力呈明显上升趋势。高速铣削刀具后刀面磨损,伴随加工的整个过程。淬硬钢高速铣削加工既可以保证加工表面的质量,又可以获得较高的生产效率。     

干式铣削对淬硬钢表面残余应力的影响研究

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响.运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4％,证明仿真模型可行.模拟实验得出:在高速铣削SKD11淬硬钢时,适当的减小切削速度和增大切削深度,可有效降低残余应力对加工表面质量的影响.     

小直径铣刀铣削力与刀位路径曲率关系的研究

在侧铣淬硬钢试验的基础上,研究小直径铣刀侧铣时刀位路径曲率对铣削力影响,建立了小直径铣刀铣削淬硬钢的切削力与刀位路径的灰色模型并进行预测.预测结果表明,此模型有很高的预测精度.同时揭示刀位路径在不同曲率半径下切削力规律,寻找减少小直径铣刀加工淬硬钢时非正常破损的有效途径.     

小直径平底铣刀铣削淬硬钢拐角动力特性研究

小直径铣刀铣削淬硬钢拐角是模具加工的主要难点之一,其困难在于刀具容易损坏.采用直径φ2mm的TiAIN涂层硬质合金铣刀对HRC53淬硬模具钢拐角(拐角度数分别为60°、90°、120°)进行中速干式铣削实验,分析了小直径涂层铣刀铣削淬硬钢时切削速度、进给速度和径向切削深度对铣削力和振动的影响规律,找出最优参数.     

涂层刀具高速铣削高硬度淬硬钢切削力研究

采用四种不同涂层硬质合金铣刀高速铣削四种不同硬度的淬硬钢材料,研究了刀具涂层成分、工件材料硬度以及切削工艺参数(切削速度、每齿进给量、轴向铣削深度和径向铣削深度)对切削力的影响。研究表明：随着切削速度的增大,淬硬钢P20和S136的切削合力影响较小,而对于淬硬钢SKD11和PM60,改变切削速度对切削合力影响显著。随着切削速度的增大,四种不同涂层刀具切削淬硬钢S136产生的切削合力先快速增大后缓慢减小,刀具切削力大小顺序一直保持为TiSiN>CrSiN>AlCrN>TiAlN,其中TiAlN涂层相对于其余三种刀具涂层在降低切削力、减少工件与刀具之间的相互摩擦具有优势。切削参数的变化对切削力的影响与淬硬钢工件硬度的变化存在相互影响,淬硬钢硬度低于HRC55时,切削工艺参数的变化对于切削力的变化影响不明显;而当淬硬钢硬度高于HRC60时,随着切削工艺参数的增大,切削力发生显著变化。     

考虑刀‑屑变摩擦因数的铣削力预测

针对铣削过程中刀具磨损或破损导致切削力波动剧烈,进而使得铣削过程控制难的问题,需要建立考虑刀?屑间的摩擦特性进行切削力精确微元建模。由于常数表示摩擦因数无法全面地描述铣削过程中的摩擦特性,因此以硬质合金立铣刀铣削Cr12MoV淬硬钢过程为研究对象,根据前刀面温度分布和刀?屑间相对滑移速度建立摩擦因数的经验模型。在考虑材料硬度和刀具后刀面磨损的基础上建立第1剪切区、第2剪切区和第3剪切区受力预测模型,并通过离散微元法建立整体铣削力预测模型。仿真结果与铣削实验测得的结果有很好的一致性,验证了所建立模型具有较高的预测精度,进一步证明了随着后刀面磨损宽度的增加,铣削力随之增大。该结果为Cr12MoV淬硬钢铣削加工加工参数优化提供了理论支持。     

淬硬钢模具型腔铣削稳定性分析

在淬硬钢模具型腔铣削加工过程中,模具型腔表面曲线曲率不断的变化会引起实际切削参数的变化,偏离程序中设定的名义参数,各刀齿铣削状态不再完全相同。针对淬硬钢模具型腔曲线铣削过程的未变形动态切削厚度,实际径向切深、刀具-工件接触区域等进行修正,并建立铣削动力学模型,运用全离散法进行铣削稳定性分析,得到铣削稳定叶瓣图;并分析模具型腔形状参数和铣削工艺参数对铣削稳定性的影响,为铣削加工时切削参数的选择,改善工件的表面质量提供依据。