基于修正滑移线场模型的倒棱刀具切削力预测

基于材料塑性滑移理论与刀具刃前材料流动状态分析,提出了一种考虑倒棱刀具负前角切削过程下的材料滞流区（死区）和预剪区的修正滑移线场模型,并给出了材料流动剪切应力和刃前切削几何参数的迭代求解方法,揭示了倒棱刃口几何形状与滑移线场几何参数之间的变化规律。将此模型应用于倒棱刀具切削过程,得到了适用于倒棱刀具正交切削力的预测方法。采用有限元仿真和切削试验相结合的方法对所提出的滑移线场模型和切削力预测方法分别进行了验证,模型预测结果与仿真结果和试验测量结果对比误差均在10%以内。研究结果为研究倒棱几何形状对工件材料流动特性和刀具切削性能的影响提供了参考。     

矩阵算子法构建切削滑移线场的分析

刀具与切屑接触的摩擦因数呈不均匀分布增加了正交切削分析的难度,缺少一个完善的解析模型。针对于此,本文采用矩阵算子法构建了一种考虑在刀-屑接触面上变摩擦因数的滑移线场。通过Oxley的剪切切削理论找出工件表面材料塑性剪切变形的位置,为滑移线场的添加几何约束条件,从而求解滑移线参数。根据滑移线场,导出刀-屑接触长度,推算出切削力的解析式。模型计算结果与GH4169切削有限元仿真结果对比发现：刀-屑接触长度误差在9.8%内,两者的切削力在变化趋势上一致且数值上相近,验证了滑移线场的准确性。上述研究成果为变摩擦因数的正交切削分析刀-屑接触长度和切削力提供了理论方法。     

高速切削过程绝热剪切局部化断裂预测

基于高速切削过程绝热剪切饱和极限理论,结合锯齿形切屑绝热剪切带的变形和受力条件,以及材料的动态塑性本构关系,建立以切削速度、切削厚度和刀具前角为预测变量的高速切削过程绝热剪切局部化断裂的预测模型,并以淬硬45钢和FV520(B)不锈钢为例,预测其发生绝热剪切局部化断裂的临界切削条件。通过高速切削试验和金相试验,讨论了切削条件对绝热剪切局部化断裂过程的影响规律和敏感程度,验证了绝热剪切局部化断裂的预测结果。结果表明:较大切削厚度和较小刀具前角会降低绝热剪切局部化断裂的临界切削速度,建立的绝热剪切局部化断裂预测模型能有效预测切屑发生绝热剪切局部化断裂的临界切削条件。     

精加工中刀具不同前角的有限元模拟研究

基于刚塑性有限元方法进行有限元仿真模型的建立,运用自适应网格(ALE)划分法对网格进行重新划分。运用Johnson-cook强化模型和剪切失效模型来定义切屑的形成。运用有限元软件对金属切削进行了二维切削模拟,分析刀具前角对切屑变形、工件表面应力分布、已加工表面质量及刀尖附近加工表面切削温度的分布等的影响。     

高速切削Ti-6Al-4V绝热剪切带应变、应变率有限元模拟研究

塑性金属材料高速切削过程中存在绝热剪切行为,绝热剪切带内的应变、应变率分布规律是研究高速切削绝热剪切带特性的基础。首先,应用有限元软件ABAQUS/Explicit建立Ti-6Al-4V热-位移耦合平面应变二维切削模型,工件材料采用Johnson-Cook(J-C)本构模型,基于J-C失效判据设置切屑和工件分离准则,实现对Ti-6Al-4V的切削过程仿真。其次,对比分析有限元仿真与切削实验获取的切屑形貌,验证有限元模型的准确性。最后,分析Ti-6Al-4V高速切削绝热剪切带处应变、应变率变化规律。结果表明:切削速度在180~3 000m/min范围内,随切削速度提高,切屑绝热剪切带内的应变、应变率先增大后趋于稳定,绝热剪切带变形程度增加直至韧性断裂。研究结果有助于准确预测绝热剪切带的断裂并揭示其演化机制,通过利用材料的绝热剪切行为,可控制高速切削过程中的切屑形态,改善Ti-6Al-4V的切削加工性。     

切屑卷曲模型及其控制参数的研究

分析了Lee—Shaffer刚塑性滑移线场切削模型的不足 ,强调切屑形成过程中存在加工硬化 ,据此建立了基于线性强化弹塑性材料的切屑卷曲模型 ,定义了衡量切屑卷曲程度的参数———刀—屑接触长度比λ,并通过切削试验对新的切屑卷曲模型进行了验证。     

基于绝热剪切预测的高速切削过程的研究

高速切削过程中的绝热剪切容易产生锯齿形切屑,从而影响加工表面质量和刀具寿命.对绝热剪切临界判据适用性、材料的动态塑性本构关系的理论基础、切削过程中的变形条件计算作进一步了总结,对高速切削过程中绝热剪切的影响因素、临界切削条件的确定做了系统介绍,并展望了绝热剪切预测研究的发展方向.     

基于ABAQUS镍基高温合金锯齿形切屑形成过程的有限元模拟

为了研究和预测镍基高温合金切削加工中锯齿形切屑形成过程,利用有限元分析软件ABAQUS建立了正交切削的有限元模型。该模型采用修正的Johnson-Cook非线性热黏塑性本构模型、剪切失效切屑断裂准则和粘结-滑移混合摩擦模型等关键技术,并通过模拟与试验的对比分析,验证了其准确性。模拟及分析结果表明,锯齿形切屑形成过程包括窄带状第一变形区的形成和集中剪切滑移带的形成两个阶段,突变性剪切失稳是锯齿形切屑形成的诱因。     

基于有限元法的二维正交切削刀具应力分析

运用有限元方法对二维正交切削加工刀具内部应力进行模拟分析。基于刚塑性有限元方法建立了切削加工过程仿真模型,通过模拟获得了切削加工过程中刀具应力的分布和变化情况。通过对不同切削工艺参数条件下的切削过程进行模拟,分析了刀具几何参数以及切削用量对切削加工过程中刀具应力的影响,为正确选择刀具及切削参数提供了参考。     

基于黏结-滑移摩擦模型的304不锈钢切削力仿真研究*

通过预测加工304不锈钢时产生的切削力,从而对切削参数和刀具几何参数进行优化,是提高304不锈钢的加工精度、切屑控制及保障刀具寿命的基础。建立304不锈钢切削仿真模型,为提高模型的精确性,选择Johnson-Cook本构方程和黏结-滑移摩擦模型。结果表明：采用黏结-滑移摩擦模型的切削力预测结果更为准确,表明相对于纯剪切摩擦与库仑摩擦模型,黏结-滑移摩擦模型能更准确地描述刀-屑摩擦特性。展开不同参数下的切削力研究,研究发现：切削力随着刀具前角、后角和切削速度的增大而减小,随切削刃钝圆半径和切削厚度、宽度的增大而增大,其中切削宽度、厚度及前角对切削力大小影响较大。研究结果为304不锈钢切削效率的提高和切削机制的研究提供了理论依据。     

高速切削过程绝热剪切局部化断裂判据

随着切削速度进一步提高,带有绝热剪切带(Adiabatic shear band,ASB)的锯齿形切屑会不可避免地发生绝热剪切局部化断裂(Adiabatic shear localization fracture,ASLF),使锯齿彼此完全分离。以淬硬45钢(45 HRC)为例,采用前角–10°的PCBN刀具进行进给0.2～0.4 mm、切削速度高达1 400 m/min的高速正交车削试验,获得ASLF发生时的切屑形貌、切削条件以及剪切带内能量变化规律。结合梯度塑性理论,建立高速切削过程热塑性剪切波的传播模型,推导绝热剪切饱和极限(Adiabaticshear saturation limit,ASSL)及饱和度(Adiabatic shear saturation degree,ASSD)的表达式,提出ASLF判据,并与试验结果进行对比验证,分析讨论剪切带与材料属性、加载条件对ASSD的影响规律。由热塑性剪切波的传播理论推导的ASSL可有效描述剪切带中能量随切削条件的汇聚情况,为今后高速切削领域对锯齿形切屑发生ALSF的预报研究奠定了理论与试验基础。     

滑移线速度场的分析及切削模型的建立

本文分析了滑移线速度场速度方程的三种不同表示方法：直角坐标法、极坐标法和滑移线法．并运用滑移线的理论，建立带限制前刀面刀具切削时滑移线场的切削模型，推导出其速度方程．     

收敛楔中黏塑性流体动力润滑性能及边界滑移行为

根据高速重载工况下收敛楔中流体润滑膜所呈现的黏塑性流变行为,选取了Smith流变模型推导得到收敛楔中发生边界滑移后的黏塑性流体动力润滑方程。并针对等温常黏不可压缩流体动力润滑问题,根据润滑膜中切应力分布情况及最大切应力所在位置给出了润滑过程中初始滑移位置,滑移区域发展方式及分布的理论分析。通过联立求解不同区域的黏塑性流体动力润滑方程基础上,对多种膜厚比和运动润滑表面速度下的收敛楔中黏塑性流体动力润滑特性及其边界滑移行为进行分析,并与经典流体动力润滑理论解进行对比,结果表明膜厚比和运动润滑表面速度对黏塑性流体动力润滑性能及边界滑移行为有显著的影响。     

基于最小能量法的高速切削锯齿状切屑变形分析

以高速切削典型变形特征为研究对象,建立了锯齿状切屑的几何模型。根据高速切削绝热剪切理论,通过对剪切面相对滑移失稳瞬间的切屑块受力平衡分析建立力学模型和运动学模型,获得切屑摩擦力和剪切力及剪切速度和切屑流动速度,并确定了切削能量方程。在考虑应变、应变率、切削温度和变形硬化因素条件下按最小能量原理求变形方程,结合变形曲线的分析和切削理论确定了高速切削变形方程及影响变形的因素。分析结果表明,切屑锯齿化是塑性变形超过临界失稳条件的结果。     

切削加工过程中绝热剪切的计算机模拟研究

绝热剪切是切削加工过程中的一个重要现象，绝热剪切的研究对于难加工材料的加工和高速切削的发展都具有重要的意义。这里介绍了切削过程计算机模拟的国内外发展现状，分析了高速切削过程中绝热剪切的计算机模拟研究的各项关键技术。最后，指出了其目前存在的问题和发展方向。     

厚空心六角不锈钢管滚切力理论建模与验证

针对厚空心六角不锈钢管滚压剪切,提出摆动式滚压剪切方法,建立求解管材滚压剪切过程中的重要参数滚切力的理论模型.分析该方法加工厚空心六角不锈钢管的过程,根据塑性力学知识建立摆动式滚压剪切机构的几何模型和力学模型,引入重要参数滚切力并建立其理论模型,并将该理论模型运用在具体实例上.提出面积修正系数与准静态修正系数对理论模型...     

高速切削过程绝热剪切局部化断裂的特性试验

高速切削过程中绝热剪切局部化断裂的发生是第一变形区绝热剪切演化的结果。研制了高速车削刀-屑快速分离装置,对切屑根部试样进行金相显微观察,探讨绝热剪切局部化断裂的速率相关特性,建立绝热剪切局部化断裂过程的物理模型。结果表明,高速切削过程的绝热剪切演化随切削速度的提高主要经历了绝热剪切的发生、形变带、转变带和绝热剪切局部化断裂。绝热剪切局部化断裂是第一变形区能量聚集和释放的周期性循环过程,随着剪切带能量的不断聚集,当剪切带所能承受的能量达到饱和极限时,剪切带就会以断裂的形式释放能量,结果导致锯齿形切屑沿剪切带完全分离。     

基于ABAQUS的镍基高温合金锯齿形切屑演变过程及机理研究

利用ABAQUS软件建立正交切削有限元模型。该切削有限元模型采用修正的Johnson-Cook非线性热黏塑性本构关系和修正的Coulomb摩擦理论以及金属切削切屑剪切失效断裂准则,并通过模拟与试验的对比分析,验证了其正确性。模拟与分析结果表明:锯齿形切屑的演变过程由锯齿雏形、锯齿雏形到锯齿节块、锯齿节块到锯齿切屑三个阶段组成。温度弱化作用使剪切滑移变形始于切削层下部(靠近刀尖区域),并呈尖峰状向切削层顶表面方向扩展;当刀尖处金属发生热塑失稳时,剪切滑移瞬间扩展至切削层顶表面,形成了完整的剪切滑移窄带,形成锯齿雏形;剪切滑移窄带内的金属基本均处于热塑失稳状态,锯齿雏形将沿着整个变形窄带发生集中剪切滑移变形,形成锯齿节块;锯齿节块进入第Ⅱ变形区后,集中滑移窄带内的金属仍处于热塑失稳状态,在前刀面的推挤作用下,锯齿节块将继续沿着集中滑移窄带发生集中剪切滑移变形,直至离开第Ⅱ变形区,形成锯齿切屑。     

一个考虑刀具切削刃钝圆影响的正交切削模型

对正交切削过程的力学边界提出了合理假设,用试探法建立了考虑切削刃钝圆影响的滑移线场模型及相应的速度场模型。分析表明,该模型基本满足静可容和动可容的要求。并采用这一模型对切屑卷曲现象进行预测和分析。     

镦粗工艺理论与技术的研究进展

综述了在镦粗工艺新理论与新技术方面的研究进展,完善与发展了塑性力学镦粗工艺理论,提出圆柱体平板间镦粗时的刚塑性力学模型的拉应力理论和静水应力力学模型的切应力理论,并经定性物理模拟,光塑试验及数值模拟证明,提出广义滑移线法,将经典滑移线理论拓展到能求解所有2维问题和轴对称塑性变形问题,发展了主应力法,提出力学分块法。