金属切削加工过程的数值模拟

运用商业非线性有限元软件MSC.MARC,对金属切削加工过程进行了弹塑性热力耦合模拟,分析了不同刀具几何参数及切削用量在切削加工过程中对切削力、应力分布、工件残余应力及残余变形的影响.     

预应力切削过程刀具磨损的离散元模拟与试验研究

采用颗粒离散元法建立了描述切削过程中陶瓷刀具与切屑摩擦磨损行为的离散元模型;基于预应力切削原理,设计了一种用于车削加工环类零件的预应力加载装置,采用Sialon陶瓷刀具对GH4169环类工件进行了预应力车削试验,结合离散元模拟分析了预应力切削条件下切削力和刀具磨损的变化规律。结果表明:随着预应力的增大,预应力对刀具的磨损形态和机理没有明显的影响,刀具磨损随预应力的增大逐渐减小,在一定范围内提高切削速度可减少刀具的磨损。离散元模拟结果与试验结果具有一致性,验证了应用离散元模拟陶瓷刀具磨损的可行性。     

岩石切削加工动态行为的离散元模拟

岩石切削加工时必须考虑其离散性。利用颗粒流程序对两种不同成份的岩石样本建立了离散元模型,通过改变岩石内部颗粒大小和形状从而获得了各个样本的最佳理论强度值,用离散元方法对两种不同岩石样本分别进行了压缩试验和四点抗弯试验数值模拟;监控整个切削加工过程中刀具受到的法向力和切向力,通过改变刀具切削角、切削速度及切深等参量研究了加工过程中岩石的动态行为。     

基于Lagrange法的金属切削加工过程数值模拟

利用Lagrange法在SuperForm软件中对金属切削加工过程及加工过程中的切削热、切削力耦合问题进行了数值仿真。模拟结果与实验结果非常接近，可以为实际加工过程的控制提供参考和依据。     

基于ABAQUS的金属切削数值模拟分析

采用ABAQUS有限元软件对切削过程进行了2D和3D数值模拟,分析了切削深度、切削速度等切削工艺参数和刀具前角、刃倾角等刀具几何参数对切削过程的影响;分析过程中考虑切削产生的热量对切削变形的影响,获得了切削应力场、应变场以及温度分布;通过观察和分析切削后表面粗糙度和切屑形状等,为刀具设计和确定工艺参数提供依据。     

基于ALE方法的金属切削三维动态数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,建立了金属切削的有限元模型,并对金属切削过程进行了三维动态模拟。ALE方法克服了模型中网格大变形问题,准确地模拟了工件材料受刀具挤压后失效、脱离过程,客观地描述了工件材料失效面的产生过程。通过对不同进给量下切削过程的模拟,得到了进给量与刀具主切削力之间的关系。通过与经验公式对比,验证了数值模型、模拟方法的正确性。     

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。     

不同切削参数的镍基合金直角切削有限元模拟

利用非线性有限元方法研究镍基合金高速切削过程。在平面应变状态下,通过对材料本构模型、边界条件与接触摩擦模型,以及网格划分环节进行处理,建立有限元直角正交二维切削模型。采用不同刀具前角、切削深度条件对镍基合金直角切削过程进行模拟和试验,分析得出直角切削过程中不同刀具前角和切削深度时切削力、剪切角变化情况,为选择合适的切削参数、提高切削质量提供理论依据。     

斜角切削过程的数值模拟

借助于通用有限元软件ANSYS模拟出斜角切削的动态过程,并在此基础上对切削变形进行了研究,提出了一种获得剪切角的新方法。通过仿真计算和快速落刀试验,验证了该方法的可行性。     

金属切削加工过程的有限元数值模拟

运用有限元方法对切削过程进行数值模拟,分析不同切削速度在切削加工过程中对切削温度及切削力的影响,从而有助于深入了解加工过程,合理选择加工工艺参数。     

基于离散元法的沥青混凝土振动切削过程的数值模拟

铣刨机作为沥青混凝土路面的重要养护机械,其需求量不断增长,国内自主研发高性能铣刨机已刻不容缓。数值模拟可以直观量化表达铣刨作业中铣刨刀具的受力情况,已经成为研究铣刨机整体性能的重要手段。基于三维离散元法建立符合宏观力学性能的路面模型,建立铣刨作业模型仿真量化铣刨作业过程的铣刨阻力,采用单轴压缩和劈裂抗拉试验测定沥青混凝土路面的抗压模量和抗拉模量,获得校核微观接触连接参数的宏观标准。利用三维离散元软件PFC3D编写算法生成具有不规则形状粗集料的离散元试件。通过建立运动学模型推导振动铣刨的临界条件表达式,研究附加不同振动方式对作业过程受力的改进情况,从而计算出铣刨机振动铣刨振幅和振频的优化组合数值,获得铣刨机较优的激振方式。     

月球取岩器的结构设计与运动分析

设计了一种用来钻取月球表面岩石和土壤的新型机构。该机构用一个电机实现了钻取和抓取动作，结构紧凑，质量轻，耗能少。建立了传动部分的数学模型，用Matlab编程确定了主要运动参数，同时用Adams对机械手爪闭合情况进行了研究，并对环境特殊性所采取的防护措施进行了简要的说明。     

基于正交切削模型的铣削加工有限元仿真

以铲齿成形铣刀的使用寿命为优化目标,对刀具的几何角度、切削用量进行模拟研究。建立正交铣削加工模型来模拟仿真铣削过程,并对切削加工过程中所得到的一些基本物理量进行分析和讨论。从理论深度上把握切削加工的状态,为建立合适的加工工艺策略提供理论和技术上的支持。     

基于切削温度的切削用量优化的实践与研究

面向一切削加工系统,通过切削试验,以切削面积刀具的相对磨损值为量值,提出了基于最佳切削温度下切削用量的确定方法。首先,从铣削加工试验中获取切削速度与切削表面积相对磨损值和切削温度的关系,研究了最优切削用量与切削温度的关系;然后,通过刀具磨损现象,探讨了最佳切削温度时刀具磨损的机理;最后,建立了切削用量的优化方程。从而为切削用量的优化探索了新的途径,为金属切削数据库的建立提供了依据。     

基于Deform的PCBN刀具断续切削淬硬钢有限元仿真分析

采用有限元分析软件Deform,对PCBN刀具断续车削淬硬钢(Cr12Mo V)进行了有限元仿真。通过仿真结果分析了切削力的大小、切削温度及刀具磨损量的分布情况,并得到了相应的变化曲线。此仿真结果对断续切削工艺效果的预测和优化及刀具使用寿命的评估和计算具有一定的指导意义。     

带锯动态锯切负载建模与验证

针对现有带锯的锯切负载模型误差较大且无法预测动态特性等问题,将锯切负载特性分为稳态特性和动态特性进行研究。引入锯齿的锯削与刮削并存原理和斜锯齿等效原理,提出等齿距工况下单个锯齿的锯切负载稳态特性模型;引入锯切进给过程的微位移等效原理,优化锯切负载的锯削部分负载动特性;引入套齿周期特性和锯带传动的周期特性,建立了变齿距工况下单锯齿锯切负载的动特性模型。结果表明,单齿、套齿以及锯带传动的周期特性与实验结果吻合,并且3个主要锯切负载频率的误差不超过4%,因此,提出的模型可以较好地预测实际锯切负载动态特性。     

基于有限元仿真的高速干式切削立铣刀切削温度研究

基于传热学和金属切削理论,在热源法的基础上,建立了高速干式铣削时立铣刀温度场的数学模型;利用有限元软件ANSYS,分析了立铣刀在不同切削工况下温度场的变化规律,推导出了立铣刀平均切削温度的经验公式,以及切削温度与切削用量的关系。     

硬岩掘进机盘型滚刀回转破岩仿真研究

硬岩掘进机上盘形滚刀在实际破岩过程中既随刀盘公转,又绕自身轴线自转,是一个复杂的运动过程。滚刀在破岩过程中受到的作用力的计算是进行刀盘设计和推进系统设计的重要依据。针对硬岩掘进机盘型滚刀破岩过程分析和计算的复杂性,应用ABAQUS软件中多体动力学原理建立滚刀组合回转破岩的有限元模型,模型中采用无限元网格施加无反射边界条件,消除模型大小对仿真结果的影响。通过分析计算滚刀破岩中所受的作用力,研究了滚刀回转破岩的刀间距及相位差。仿真结果表明,对于所选用的岩石类型,其最优刀间距为60mm,此时滚刀受到的滚动力最小,破岩质量最大,破岩比能最小;相邻滚刀的最佳相位差为120°,破岩质量最大,比能最小。研究为硬岩掘进机上刀盘刀具的布局研究奠定了基础。     

基于ABAQUS的切削钛合金的数值模拟分析

基于ABAQUS仿真软件,模拟了切削加工钛合金TC4(Ti6Al4V)的过程。预测出切屑的形状和剪切角的大小,验证了通过剪切失效和单元删除模型实现切屑分离符合切削理论。