基于元胞自动机的铣刀片应力场分析

铣削力是造成铣刀片冲击破损的直接原因,对铣刀片应力场分析的传统方法是有限元法,其分析结果难以直接利用于铣刀片的再设计。本文基于元胞自动机的基本理论,借用有限元的离散和插值技术,建立了三维复杂槽型铣刀片的元胞自动机力学模型,得出切削中刀片各点的位移及应力分布,为铣刀片的槽型重构和优化打下基础。     

波形刃铣刀片温度场的试验研究

利用大型软件ANSYS对波形刃铣刀片及平前刀面铣刀片进行了有限元分析,并应用模糊数学理论对其温度场进行了模糊综合评判,预测了三维复杂槽型波形刃铣刀片的优越性能;通过对难加工材料3Cr-1Mo-1/4V钢的铣削试验,对采集数据应用Matlab软件进行处理,得到前刀面刀—屑接触区平均温度与时间关系的试验方程,对比分析也证明了波形刃铣刀片的优越性。     

铣刀片力-热耦合物理场有限元分析与模糊综合评判

为获得切削性能更优良的可转位铣刀片槽型,从而改善铣刀片的力-热耦合综合物理场,进行了铣削温度试验和铣削力试验,以铣削时刀片的装夹状况和试验所获得的数据为边界条件,对带有三维槽型的波形刃铣刀片和平刀片分别进行了力-热耦合物理场有限元分析.基于模糊数学理论,建立了铣刀片耦合场的模糊综合评判模型,对两种铣刀片的力-热耦合物理场进行了模糊综合评判.结果表明,优化铣刀片前刀面的槽型可明显改善切削性能.     

铣刀体切削三维温度场的构建

获得铣刀切削态下的三维温度场是进行热管铣刀散热基本结构优化设计的前提条件,然而目前还没有技术可以直接测量到刀体的三维温度场。对此首先建立切削态下铣刀三维非稳态温度场数值仿真模型,基于计算机仿真得到不同加载热流密度下铣刀仿真模型上点i1的时间—温度曲线,通过实验模拟切削态下在铣刀上加载热流,得到不同加载热流密度下铣刀体上对应仿真模型点i1的实体测温点i的时间—温度曲线,把两种方式获得的温度—曲线进行拟合,发现输入载荷一致时,两曲线的拟合度最好。进行切削测温实验,把点i的温度曲线与仿真模型点i1的温度曲线拟合,拟合度最高的仿真温度—曲线对应的加载热流密度为该切削工艺条件的加载热流密度。把切削实验的边界条件、初始条件和基于拟合方式获得的加载热流密度输入仿真模型,最后获得该切削工艺条件下铣刀的三维仿真温度场。     

超高速铣削加工的温度场计算及生产应用

通过对超高速铣削加工中切削区动态热力学行为的计算和分析，推导了切削区温度场的分布模型。计算结果表明，切削区工件表层的最高温度可达922℃，工件内最高温度点不在刀具与切屑的接触面上，而在靠近工件表层的内部某处。在此基础上，得出了超高速铣削加工的机理模型，由于工件切削区的温度远高于材料的再结晶温度，此时材料的硬度急剧下降，工件的易切削性能大大提高，较易被后续刀刃切削下来。通过切屑材料的金相组织分析验证了该机理模型。     

波形刃铣刀片温度场边界条件的研究

通过传热学、流体力学、切削理论的综合运用对波形刃铣刀片温度场边界条件进行了研究。采用相似原理对面铣加工过程中波形刃铣刀片表面的对流换热系数进行了分析 ,得出了对应的计算公式 ;结合铣削温度试验 ,推导出了前刀面刀—屑接触面输入的热流密度的函数表达式。给出了波形刃铣刀片温度场有限元分析的边界条件 ,为进一步研究铣刀片的粘结破损和槽型优选提供了理论依据。     

三维复杂槽型铣刀片铣削温度试验研究

基于人工热电偶法及自行设计的转轴信号变送器,建立了铣削温度试验系统;通过时刻转换、周期转换、热电偶冷端温度补偿、温度转换和曲线拟合等数据处理手段,得到了不同槽型铣刀片各个测温点的温度以及前刀面刀—屑接触区的平均温度与时间之间的试验方程式;编制了实验数据处理应用软件。试验结果证明:测试系统性能良好;并且波形刃铣刀片切削性能优于平前刀面铣刀片。研究成果为受热密度函数与温度场数学模型的建立打下基础。     

三维复杂槽型铣刀片铣削温度场的计算机模拟

为研究三维复杂槽型铣刀片切削温度分布，在分析测温试验结果的基础上，依据传热学理论建立了数学模型，用Visual C 编制出刀具温度场计算的程序，可以得出三种不同刀片在每一种切削条件下切削不同工件材料的温度分布曲线图，为进一步研究三维复杂槽型铣刀片的切削机理和重构铣刀片槽型提供了依据。     

基于权重粒子群算法的工件铣削温度研究

为研究铣削加工中工件的温度分布规律,推导其热传导数学模型,提出应用权重粒子群算法(Weighted particle swarm optimization, WPSO)开展时变热流密度辨识的方法,并结合试验数据对AISI1045钢在特定工况下的温度分布情况进行分析。结果表明,铣削过程中的界面热流密度呈3个阶段的非线性变化;切削初期存在缓慢温升的平台期,渡过平台期后,工件与刀具相接触部分的温度急剧上升,最高温度可达到860 ℃左右;从试验结果与解析结果的对比来看,两者误差的最大值约为11.06%,结果基本吻合。研究表明所提出的方法可以较为准确研究铣削加工过程中工件的温度分布情况。     

基于刀具跳动的环形铣刀切削厚度模型的切削力计算

数控铣削过程中,切削变形引起的瞬时切削厚度是影响铣削加工切削力建模的重要参数之一,针对环形铣刀的切削特点,在考虑刀具跳动的情况下,对真实刀刃轨迹运动进行分析。将微细铣削的加工过程用宏观铣削来表示,从而建立了基于宏观铣削过程中刀具跳动下精密加工的瞬时切削厚度。通过仿真模拟和切削力试验来预测切削力,预测结果和试验结果具有一致性,表明该模型可以更好的预测加工过程中的切削力。     

热管铣刀散热基本结构关键参数优化

为给基本结构优化后的热管铣刀设定合理的结构参数,对热管铣刀的热流过程进行了优化分析,对与散热增量关系不明确的结构参数进行了深入讨论,并进行了该类参数与散热增量间的量化关系实验。首先建立热管铣刀结构参数与散热增量之间的关系评定实验平台,再通过系列正交试验获得各试验因子与散热增量之间的关系,并获得各因子的最佳取值,最后基于实验得到的各参数最佳值制造一把热管铣刀,并以此热管铣刀进行切削测温实验,进而验证正交试验结论的正确性。实验结果表明,相比结构参数未优化的热管铣刀,优化后切削区的温降达到50℃以上。