基于密度函数的三维复杂槽型铣刀片物理场分析

以哈尔滨理工大学开发的波形刃(前刀面为波形曲面)铣刀片为例,在铣削力数学模型基础上,通过铣削力试验以及切屑与前刀面接触面积试验,建立了三维复杂槽型铣刀片前刀面的受力密度函数;基于该函数,对波形刃铣刀片进行了应力场分析。在铣削温度数学模型基础上,运用传热学理论,建立了波形刃铣刀片表面受热密度函数;基于该函数,对波形刃铣刀片进行了温度场分析。这些研究结果可为槽型优选技术的研究打下理论基础。     

耐热钢加工刀具粘结破损数学模型的研究

针对哈尔滨理工大学开发的三维复杂槽型波形刃铣刀片和平前刀面铣刀片,通过对耐热钢的面铣加工进行刀片粘结破损数学模型的研究.首先,进行铣刀片切削温度实验,对铣刀片粘结破损机理进行分析;其次,通过实验揭示不同铣刀片粘结破损失效形式的差异;在粘结破损实验的基础上,建立铣削温度与前刀面最大粘结破损深度之间的数学模型,分析铣削温度对刀具粘结破损的影响规律.研究成果为解决自动化生产中刀具破损这一关键技术问题打下理论与试验基础.     

铣削温度对铣削前后刀面磨损带温度分布的影响规律仿真

为给铣刀维护提供有价值的参考数据,间接提高铣刀表面磨损带的温度分布均匀度,根据铣刀的几何特征,在仿真试验环境下生成铣刀模型,并在铣削加工前采用夹丝—热电偶技术测定刀面磨损带的温度场分布情况。模拟铣削加工工艺,在不同的铣削温度工况下测得铣后刀面磨损带温度分布,通过对仿真试验数据的分析,得出铣削温度上升对铣前后刀面磨损带温度分布规律的影响仿真结果,并得出以下结论：随着铣削温度的上升,铣前刀面磨损带的温度升高,铣削温度越高,温度变化幅度越大,且铣后铣刀表面温度分布均匀度越高。     

三维槽型铣刀片铣削力试验及应力场研究

用改进后的铣削力测量装置进行了不同槽型的铣刀片铣削力试验。基于铣削试验结果,通过机床坐标系与刀体坐标系统的转换,确立了铣刀片应力场有限元分析的载荷边晃条件。利用ANSYS软件,进行了自主研发的三维槽型铣刀片和平刀面铣刀片的应力场有限元分析。有限元分析及试验结果均表明,三维槽型铣刀片的应力场及抗破损能力均好于平前刀面铣刀片。     

三维复杂槽型铣刀片切削温度与粘接破损研究

通过对难加工材料3Cr1Mo1/4V钢面铣加工的试验研究得出，在相同的切削条件下，波形刃铣刀片和大前角铣刀片的切削温度明显低于平前刀面铣刀片，抗粘结破损的能力较高：并证明切削速度越低、进给量越大，刀具的粘接破损越严重，最后给出了切削温度与前刀面最大粘结破损深度之间的重化关系，定性分析了切削温度对刀具粘结破损的影响规律。     

考虑时变性热强度和时变性热量分配比的铣刀前刀面瞬态温度场建模研究

高速周铣是一种加工范围广和生产效率高的机械加工方式,其加工过程中会出现大量铣削热,尤其是加工导热率较低的工件时更为显著,铣削温度上升和下降的周期性变化会加速刀具磨损,进而降低工件表面加工质量。由于目前在周铣加工研究中缺乏对铣刀前刀面瞬态温度场的研究,为此,综合考虑第二变形区时变性热强度、时变性热量分配比以及前角因素,提出了一种基于"移动热源法"的铣刀前刀面瞬态温度场建模方法。首先建立第一变形区热源影响下的铣刀前刀面瞬态温度场温升模型,其次建立第二变形区热源影响下的铣刀前刀面瞬态温度场温升模型,最后进行温升模型叠加计算,进而建立铣刀前刀面瞬态温度场模型。仿真与试验结果验证了模型的准确性,该模型将进一步为研究铣刀前刀面抗磨设计提供理论支持。     

三维复杂槽型铣刀片粘结破损实验与槽型优选的研究

针对哈尔滨理工大学开发的三维复杂槽型波形刃铣刀片和平前刀面铣刀片,通过对耐热钢的面铣加工进行刀片粘结破损实验及槽型优选研究。首先,进行铣刀片三维温度场有限元分析,预测出波形刃铣刀片的抗粘结破损性能优良;其次,通过对温度场的模糊综合评判,预测了波形刃铣刀片的优越性能;最后,通过对难加工材料3Cr-1Mo-1/4V钢的面铣加工的实验研究,揭示了刀具粘结破损的实质,建立了铣削温度与前刀面最大粘结破损深度之间的数学模型,分析了铣削温度对刀具粘结破损的影响规律,并证明了波形刃铣刀片切削性能的优越性。     

三维复杂槽型铣刀片耦合场的数值模拟

为研究三维复杂槽型铣刀片的切削性能和失效机理,运用数值模拟技术对三维复杂槽型铣刀片和平前刀面铣刀片进行了热应力场、热应力与机械应力的耦合场分析。通过有限元分析,得到了两种铣刀片的应力集中区和危险区,经与试验结果对比,证明了有限元分析结果的正确性,说明三维槽型铣刀片具有优于平前刀面铣刀片的切削性能,从而预测在铣刀片上开出合理的槽型能有效地改善切削性能。     

球头铣刀的设计与仿真

提出了一种应用计算机绘图软件和OpenGL设计球头铣刀的方法,建立了一种球头铣刀的前刀面与后刀面的数学模型.通过OpenGL建模,建立了仿真处理系统和球头铣刀的螺旋柱面、球头(包括前刀面、排屑槽、主后刀面和副后刀面)和砂轮的三维仿真模型.应用数学模型和VC++软件平台,并利用OpenGL控制界面实现了设计结果的可视化及...     

钛合金铣削过程刀具前刀面磨损解析建模

钛合金Ti6Al4V作为典型的航空航天难加工材料,在其铣削过程中硬质合金刀具的磨损会降低加工过程稳定性,进而影响加工效率和已加工表面表面质量。刀具前刀面磨损会导致刀具刃口强度降低,并影响切屑的流向和折断情况。针对前刀面磨损机理进行分析并构建了月牙洼磨损深度预测模型。首先运用解析方法构建了前刀面应力场模型,得到切屑在前刀面滑动过程中的刀具前刀面应力分布情况及磨损位置。基于刀-屑接触关系的基础上建立了前刀面温度场模型。然后,基于所得刀具前刀面应力与温度分布,构建综合考虑磨粒磨损、粘结磨损与扩散磨损的铣刀月牙洼磨损深度预测模型,获得月牙洼磨损预测曲线;结合铣刀月牙洼磨损带沿切削刃方向分布的特点,建立了随时间变化的铣刀前刀面磨损体积预测模型。最后通过试验验证了切削宽度对前刀面磨损的影响规律,预测结果与试验测量值具有较好的吻合性。结果表明随着切削宽度的增加,月牙洼磨损深度及前刀面磨损体积都随之增加。研究结果为钛合金铣削用刀具的设计和切削参数的合理选择提供了理论基础。     

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。     

三维复杂槽型铣刀片不规则热源受热密度函数研究

为计算出铣刀片内任意点任意时刻的温度,以点热源为基础,基于试验数据,建立不规则面热源作用下三维复杂槽型铣刀片的受热密度函数和温度场的数学模型,用该数学模型对其特例进行验证。     

基于二维元胞自动机的铣刀片温度场算法研究

切削热是铣刀片磨损和破损产生的重要原因.对铣刀片温度场研究的传统方法是有限元法.为了实现三维复杂槽型铣刀片槽型优化中能直接利用分析得到的数据进行自组织动态设计,文中结合切削温度试验,利用元胞自动机理论对铣刀片温度场进行研究,建立了二维波形刃铣刀片温度场算法系统,得出切削中各点的温度场,为刀片槽型重构奠定基础.     

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。     

硬质合金铣刀片粘结破损的研究

针对铣削难加工材料时刀具粘结破损问题,进行了用平刀片和自主研发的复杂槽型铣刀片切削3Cr1Mo1／4V高温耐热钢的测温测力试验,同时采用高速摄影观察了铣刀片切入切出时粘结切屑脱落过程,应用有限元法分析了粘结破损时温度场和应力场耦舍后的等效合成应力。理论和试验数据分析结果表明,粘结破损的主要原因是工件和刀具材料的亲合力、铣刀片的等效合成应力大于硬质舍金的强度,改变铣刀片的槽型是提高抗粘结破损的有效方法。为三雏复杂槽型铣刀片槽型的优化和重构技术提供了理论依据和试验数据。     

加工碳素结构钢的三维复杂槽型铣刀片冲击破损实验研究

文中针对哈尔滨理工大学开发的三维复杂槽型波形刃铣刀片和平前刀面铣刀片,通过对碳素结构45钢的面铣加工进行了刀片冲击破损的实验研究。首先进行铣刀片三维应力场有限元分析及模糊综合评判,预测出波形刃铣刀片的抗冲击破损性能优良：其次,通过试验揭示不同铣刀片冲击破损失效形式的差异;通过大量、系统的冲击破损试验,建立冲击破损寿命累积分布函数数学模型,证明波形刃铣刀片的抗冲击破损性能优良。上述研究成果为解决自动化生产中刀具破损这一关键技术问题及槽型优选技术的研究提供了理论与试验基础。     

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.     

基于遗传算法的复杂槽型铣刀片槽型参数优化

针对三维复杂槽型铣刀片槽型优化问题,进行了铣削温度和铣削力试验及其有限元分析,以铣刀片耦合场最优为优化目标,建立了槽型参数多目标优化数学模型,利用遗传算法求解了固定切削参数和给定约束下的优化槽型参数。仿真计算结果表明,槽型优化后的铣刀片耦合场明显优于其它槽型参数下的铣刀片耦合场,为铣刀片三维复杂槽型的重构提供了依据。