基于ABAQUS的PDC钻头切削齿温度场分析与仿真

基于有限元分析软件ABAQUS的Drucker-Prager材料模型以及破坏准则,模拟PDC钻头切削齿在切削过程中的温度场,并讨论在切削过程中摩擦产生的热在切削齿后倾角的温度分布和磨损平面的温度分布情况。仿真分析结果能真实地表明在切削齿与岩石作用过程中的温度场、应力场的分布情况,为以后PDC钻头的设计提供有效的依据。     

PDC钻头切削断面对破岩效率的影响

基于弹塑性力学和岩石力学,以Drucker-Prager 准则作为岩石的本构关系,采用剪切失效准则,在验证岩石模型及PDC齿破岩建模方法可行性的基础上,建立了PDC齿切削3种典型断面岩石的三维有限元模型,并针对井底不同围压,研究了切削断面的面积、切削齿的后倾角及侧转角对破岩效率的影响。结果表明：不论何种围压,减小切削断面的面积有利于岩石的破碎,且应多采用宽切削断面进行PDC钻头径向布齿;切削齿后倾角对岩石破碎效率影响大于切削齿的侧转角对岩石破碎效率影响,切削齿最优破岩后倾角在低围压下为5°,在高围压下为20°。     

切削加工钛合金的切削参数优化研究

钛合金材料因其具有强度高、耐腐蚀性好、耐热高等特点被广泛用于航空航天、舰船、民用工业等各个领域。而钛合金是典型的难加工材料,切削钛合金的加工效率和质量较低。本文选用了不同种牌号的硬质合金刀具,进行了切削加工TC4钛合金刀具磨损及耐用度试验。基于切削加工钛合金的刀具磨损及耐用度试验结果分析,确定了切削速度、切削深度和每齿进给量等切削参数作为设计变量,建立了以切削加工钛合金最大金属去除率为优化目标函数,依据实际加工条件设计了相应的约束条件,最终建立了切削参数优化数学模型。     

PDC钻头主要几何参数的优化研究

PDC切削齿工作角由切削齿的齿前角和侧转角决定的,且工作角对切削齿切削效率和工作性能有着重要的影响.因而如何科学地设计切削齿的齿前角和侧转角在PDC钻头设计中是十分重要的内容.运用有限元软件参数化建模技术,对PDC钻头切削齿的齿前角、侧转角做了优化分析.从不同应用方面考虑,对这两个主要几何参数分别进行了单参数和双参数优化分析,得出了不同使用条件下的最优值,为钻头的合理设计提供了理论依据.     

异形PDC齿切削破岩提速机理研究

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型,研究了12种形状聚晶金刚石复合片(PDC)齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功,并研究了齿形对全尺寸钻头破岩效率的影响。研究结果表明：锥形齿的切向力最小,破岩比功最高,对应的锥形齿钻头的进尺也最小;三平面齿的法向力和切向力均为最大;破岩比功最低的齿为双曲面齿;进尺最大的全钻头齿形为更易吃入岩石的鞍形齿、双曲面齿以及斧形齿。     

任意形状钻头切削刃的受力预测模型

建立了钻头切削刃的数学模型，并通过钻头切削上任意微元的几何关系，运动关系、受力关系及切削原理，建立了钻头任意形状切削刃的受力预测模型，同时推导出了其具体表达式，由第一只钻头的实验结果，确定了模型中的相关系数，并用第二只不同形状的钻头实验和预测进行了验证，证明了模型的准确性，为钻头寿命的预测模型提供了力的模型，同时也为同行学者提供了该论著的研究方法。     

PDC钻头逆向设计方法研究

利用PDC钻头几何学的基本原理对PDC钻头切削齿空间位置的测量方法进行了推导,得出了关于切削齿的齿心坐标、后倾角、侧倾角等空间位置参数的计算公式,并且给出了将测量数据转化为设计数据,以及根据测量数据进行PDC钻头三维CAD建模的方法。     

全局力平衡PDC钻头布齿优化设计

针对聚晶金刚石复合片(PDC)钻头在钻井破岩过程中因受力不平衡,导致钻井倾斜、井径扩大、钻头产生横向振动和涡动,造成钻头早期失效的问题,基于已有PDC钻头切削力学知识,构建了PDC钻头弯曲力矩及全局力平衡布齿优化设计模型,并提出模型求解方法。布齿设计实例结果表明,采用全局力平衡布齿设计方法得到的布齿结构可使PDC钻头在不同进尺条件下均能保持全局力平衡状态,尤其低进尺（小于1 mm）时的力平衡状态得到极大改善,提高了PDC钻头的钻井稳定性,对于改善钻头受力、提升钻头使用寿命、提高钻井质量与效率具有重要意义。     

钻削碳纤维复合材料切削温度的仿真研究

为研究切削参数对钻削碳纤维增强复合材料的切削温度影响规律，基于ABAQUS有限元分析软件建立了T300碳纤维复合材料的钻削仿真模型，对钻削加工中切削温度的分布和特点进行了研究。基于正交试验法在不同切削参数下进行钻削仿真试验得到其切削温度，采用单因素试验法进行钻削加工仿真，得到钻削碳纤维增强复合材料时不同切削参数对钻孔切削温度的影响规律。结果表明：钻头切削刃刀尖处的温度远高于钻头边缘处的温度，钻头后刀面的切削温度高于钻头前刀面的切削温度。对切削温度影响最大的钻削参数为钻头直径，切削速度和进给量的影响次之；切削用量组合为钻头直径4mm、切削速度40m/min和进给量0.08mm/r时，切削温度最低；切削温度与钻头直径和切削速度呈正相关，切削温度与进给量呈负相关。     

圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。     

基于三角级数展开的铣削合力频谱推导及刀具偏心估算

基于一元切削力机理模型将立铣刀的切削合力分解为公称力和偏心力,采用周期信号的三角级数展开公称力和偏心力,得到其谐波幅值和相位的表达式。基于以上表达式,推导出偶数齿刀具偏心力的偶数次谐波幅值为0,三齿刀具偏心力的刀齿频率谐波幅值也为0。提出了一种用切削合力的主轴和刀齿频率谐波估算刀具偏心距和偏心角的方法,实验结果表明,采用该方法计算出的偏心值接近实测值。从理论上证明了偶数齿刀具的偏心力不存在偶数次谐波成分,所提出的估算方法只需一套估算式和一次切削实验,且数值计算比较容易。研究结果可用于偶数齿刀具的加工过程偏心和磨损辨识及其偏心量估算。     

石墨材料高速切削加工的研究现状

介绍了各向同性石墨材料的制备工艺、性能特点及应用场合,综合评述了高速切削加工石墨材料的切削机理、刀具磨损、工艺参数和冷却方式的研究现状,对高速加工石墨的常用刀具进行了性能分析与比较。     

含Si涂层刀具铣削复合铝2024的性能研究

选用含Si涂层、TiAlN涂层和未涂层的整体硬质合金四刃平底立铣刀,在相同的切削参数下进行复合铝2024的铣削加工试验。试验结果表明:含Si涂层铣刀具有良好的耐磨性,在切削过程中刀刃磨损均匀缓慢,刀具使用寿命长,加工表面光洁度好,是铣削复合铝2024的理想刀具。     

PCBN刀具的磨损机理和干切削GCr15时的磨损与寿命

研究了PCBN刀具的磨损机理和磨损形式。通过对干切削GCr15轴承钢时刀具的磨损形式及寿命进行试验研究 ,得出了工件硬度、切削速度对PCBN刀具磨损的影响规律以及工件硬度在临界硬度附近时刀具磨损速度最快的结论。加工两种硬度工件时的刀具寿命方程表明 ,切削速度对PCBN刀具寿命的影响小于对硬质合金及陶瓷刀具寿命的影响。     

硬质合金铣刀切削PCB板的性能研究

随着现代电子产品的高速发展,对于PCB板的铣削加工的需求量也越来越大。本文从加工质量、刀具寿命以及刀具磨损形式3个方面,对比了2个公司生产的同类型的硬质合金铣刀加工PCB板。结果表明,2个公司铣刀所加工的板边粗糙度,刀具寿命均有较明显的差距。刀具磨损的主要形式是磨粒磨损及表面氧化磨损。     

金刚石涂层刀具铣削高硅铝合金的性能研究

选用未涂层、TiAlN涂层及金刚石涂层整体硬质合金两刃平头立铣刀,在相同切削参数下进行高硅铝合金的高速铣削加工试验。试验结果表明:金刚石涂层铣刀具有良好的耐磨性,在切削过程中刀刃磨损均匀缓慢,刀具使用寿命长,加工表面粗糙度值稳定性好,是铣削高硅铝合金的理想刀具。     

Parametric tool wear estimation solution of HSC appropriate machining

New strategies are used in manufacturing enterprises due to global competition. High-speed cutting offers a very appropriate opportunity to reduce run times since the high cutting speeds and feed rates involved permit the reduction of production times and minimise rework. There are, however, difficulties in judging tool wear [1]. This paper analyses the formation mechanism of tool wear and presents a complete solution to calculate wear using a ball end cutter for high-speed cutting. Chip geometry generated to calculate tool wear is affected by machining conditions such as turning speed, cutting depth and geometries of tool and work piece which in turn determine the key parameters of chip sections such as length of cut and mean chip thickness. An improved algorithm and a knowledge-based decision model developed to calculate effective tool contact are also discussed to help reduce calculation time and improve calculation efficiency. The calculation results include output form and a 3D wear model showing wear data distributed on the tool contour.     

分形维数在高速钢和硬质合金刀具磨损中的应用

为了更好地研究现代刀具,将分形理论引入刀具磨损研究。从理论、实践上验证了高速钢刀具和硬质合金刀具后刀面磨损存在着分形结构,并通过实验计算出了刀具磨损的分形维数。     

模具钢铣削中刀具磨损的试验研究

以面铣刀刀片磨损为研究对象,结合类神经网络系统建构高速数控铣削加工的预测模型。以加工参数为模型输入条件,刀腹磨耗为输出条件。采用多因素试验方法,选择切削速度、进给速度、切削深度三个试验参数,利用直交表式的试验计划法设计试验点。依照试验点铣削工件后再测量刀具加工后的刀腹磨耗量,进而求得倒传递网络所需的36组训练范例与11组验证数据。刀腹磨耗预测模式是利用类神经网络中的倒传递网络原理,以田口法求得倒传递网络参数的最优值。试验结果显示,刀腹磨耗随着切削速度、进给速度、切削深度增加而上升。铣削模具钢后,刀具磨耗预测值的平均误差为4.72%,最大误差为11.43%,最小误差为0.31%。整体而言,类神经网络对于铣削加工可进行有效预测。