炸药切削数值模拟研究

采用LS-DYNA显式非线性动力分析程序,针对HMX基PBX炸药材料的切削加工进行了切削数值模拟及相关模型的研究,完成了不同切削参数下切削力的数值计算,与实验测量结果吻合较好。研究表明,在切削宽度远大于切削层厚度的条件下,采用平面应变切削模型进行炸药切削数值模拟是可行的,等效应力失效准则适合于描述炸药切屑的断裂和分离。切削力的计算结果显示,切削力随切深和进给量的增大而增大,切削速度对切削力的影响不明显,其中,切深对切削力的影响最为显著。     

刀具形状及工艺参数对模具钢NAK80高速切削过程的影响

通过建立等效二维高速切削有限元模型,对影响模具钢NAK80切削过程的因素进行研究。通过Johnson-Cook材料本构方程描述材料特性,切屑的分离采用基于断裂力学的几何—物理分离准则,用修正的库伦摩擦定律表征前刀面与工件的接触状态。对不同刀具前角、切削速度、切削深度下的高速切削过程进行仿真,分析不同参数下切屑形态、切削力与切削温度的变化情况。结果表明,合理的选择刀具前角、切削速度与切削深度,可以优化切屑形态,降低切削力与切削温度,对切削过程的优化具有一定的指导意义。     

切削参数对高速铣削Stellite6合金切削力的影响

通过正交试验对Stellite6合金进行高速铣削加工，用极差、方差分析研究切削速度、轴向切深、径向切深和每齿进给量对切削力的影响。结果表明：在研究范围内，铣削参数对切削力的影响显著性由大到小为每齿进给量、轴向切深、径向切深、切削速度；以切削力最小为目标的最优切削参数组合为vc=100 m/min,fz=0.08 mm/z,ap=0.4 mm,ae=18 mm。     

锻压镁合金材料端面高速铣削过程中切削力特征规律分析

在切削速度471～2 356 m／min内,综合应用析因试验设计与均匀试验设计,对镁合金进行了高速铣削试验。在分析其切削力特征规律的基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的数学模型。试验结果表明：高速切削镁合金材料时,切削速度和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。     

Ti-6Al-4V锻件与粉末冶金材料切削力研究

钛合金是典型的难加工材料,粉末冶金技术的应用能够明显减少钛合金材料的切削加工工序。对比Ti-6Al-4V锻件的切削力,研究Ti-6Al-4V粉末冶金材料切削力的波动特点及数学模型。Ti-6Al-4V粉末冶金材料的切削力不仅出现周期性的波动,而且存在剧烈的微波动。采用正交试验建立Ti-6Al-4V锻件和粉末冶金材料的切削力数学模型,经过检验,其模型能够准确地预测切削力的变化趋势。由两种材料的切削力数学模型得到:在切削Ti-6Al-4V锻件时,切削速度对3个方向切削力的影响最大;在切削Ti-6Al-4V粉末冶金材料时,进给量对进给抗力和主切削力的影响最大,而切深抗力受到切削速度的影响最大。     

超高速面铣淬硬钢涂层刀具切削性能研究

为探索超高速切削条件下涂层硬质合金刀具的切削性能,进行了超高速面铣淬硬钢实验,研究了切屑成形、切削力、刀具磨损以及表面粗糙度的特点。研究结果表明:在切削速度为2 800 m/min时,部分切屑出现了锯齿分离的现象;而在切削速度为2 000 m/min时,开始出现球状切屑;这两种切屑形态分别表征了超高速切削条件下高强度的热、机械冲击以及极高的切削温度;切削力及工件表面粗糙度均随切削速度的升高呈先下降后上升的趋势,并在切削速度为1 500m/min时达到最小值;超高速切削条件下,极高的切削温度导致刀具材料力学性能下降,刀具后刀面的主要失效机理为磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损。由于高强度的热、机械冲击,刀具前刀面的主要失效机理为涂层剥落。     

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%~67.98%、55.57%~65.56%和31.63%~42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。     

单晶SiC微切削机理分子动力学建模与仿真研究

单晶SiC硬度高、脆性大,加工困难,在塑性域加工时处于纳米尺度才可明显改善表面质量、获得高的精度。而单晶SiC的切削机理研究使用有限元和实验方法,无法获得时间尺度在飞秒或皮秒下材料发生的变化。为此,采用分子动力学模拟方法,对单晶3C-SiC切削过程进行了建模和仿真,分析了在不同切削速度、切削深度下切削力的变化。研究结果表明：切削速度为50 m/s、100 m/s和200 m/s时对应的平均切向切削力为737.34 nN、635.29 nN和587.09 nN,单晶SiC表面采用合适的切削速度能减小切削过程的切削力。     

Ti-6Al-4V HIP的显微结构对切削力与切削温度的影响

热等静压工艺作为一种近净成形技术,能够有效减少钛合金零件的切削加工工序。采用HIP方法制备具有不同致密度、显微组织和力学性能的Ti-6Al-4V HIP材料,研究其切削力和切削温度。随着HIP材料致密度的降低,其显微组织和力学性能导致切削力先增大后减小、切削温度先降低后增加,而其微孔隙的变化导致切削力和切削温度随着切削速度呈不同的变化规律。     

7050铝合金切削力预测模型构建及切削参数优化

为弥补7050铝合金切削力预测模型的不足,通过切削参数正交实验,得出切削参数(铣削速度、切削深度和进给量)对切削力的影响规律;并利用Matlab7.0软件编写M文件及计算程序,得出切削力预测模型;最后,将切削参数代入预测模型进行验证。结果表明,所建模型能较好地应用于切削力预测。     

正交车铣加工切削力仿真分析

针对正交车铣加工变深度、变厚度的切削特性,基于其加工原理采用数学方法建立切削力的理论模型,并在无偏心和偏心二种情况下分别仿真圆周刃和端面刃的切削力随铣刀转角的变化规律。通过切削参数对切削力影响规律的仿真结果分析表明,圆周刃在整个切削过程中起到主导作用;在相同切削参数条件下,随着进给量和偏心距的增大,切削力增大,而偏心切削力大于无偏心切削力。因此该切削力的理论模型为正交车铣加工机理的研究提供理论基础和参考依据。     

炸药切削过程中切削力的数值模拟方法研究

PBX炸药在武器中有广泛的应用，由于其钝感性，可以通过机械加工的手段将其加工成所需形状；但是，从保证炸药车削加工安全的角度出发，研究炸药切削加工过程中力的大小与分布十分重要，本文根据PBX炸药材料的力学性能实验和切削实验的结果，采用有限元显式侵彻算法，研究适合炸药材料特点的弹塑性本构关系和等效应力的失效准则，模拟炸药切削过程；利用干切实验的结果，对数值模拟模型进行了修正和完善，切削合力的计算曲线与实验结果比较接近，随不同切削参数的变化趋势与实验基本一致，从而证明了此模拟方法是可行的。     

高聚物粘结炸药切削表面的细观形貌与形成机理

炸药件表面形貌是影响其表面性能的重要因素。采用切削加工和显微成像方法,对奥克托今为基的某高聚物粘结炸药的切削表面形貌进行了细观观察和理论分析。结果表明:刀尖划过区域的材料破坏方式主要表现为粘结剂破坏和界面脱粘,并且受到粘结剂流动填充的影响,因而该区域形貌比较平整;刀尖未划过区域的材料断裂方式主要以孪晶分离和穿晶断裂为主,其形貌较为参差不平。     

硬脆材料切割过程中基于线锯速度的切割力自适应控制

光学玻璃、工程陶瓷以及硅基材料等硬脆材料因其良好的物理性质和化学性质而广泛应用于光学工程及集成电路等高尖端技术领域,但低塑性、高脆性的物理特性会导致其切片在切割过程中易出现效率低和表面质量较差等问题。为提高切片表面质量,建立了金刚石线锯切割过程中线锯速度与切割力的模型,设计最小方差自校正控制器对切割力进行在线实时控制。实验结果表明：所设计的最小方差自校正器能够降低线锯切割系统中切片所受的切割力波动,使切割力趋于稳定;与定参数切割条件下所得的切片进行比较,采用最小方差自校正控制策略切割完成的工件表面形貌较为平整,表面粗糙度值降低约30%.     

基于径向基函数神经网络的高聚物粘结炸药切削表面粗糙度预测研究

高聚物粘结炸药（PBX）的切削表面质量是影响炸药部件甚至是武器性能的重要因素。通过对PBX炸药切削表面三维轮廓的观察和分析,发现其切削表面形貌由于材料、工艺和工况等多因素作用而产生不确定崩落现象,导致对切削表面进行二维轮廓算术平均偏差与三维轮廓算术平均偏差的计算值最大相差32%. 基于此,综合考虑多因素影响,利用RBF人工神经网络构建了炸药切削表面粗糙度预测模型。通过网络训练和验证表明,该模型基本能够反映PBX炸药切削表面成形的基本规律,并且预测值与实际值误差不超过3%.     

导套式椭圆超声镗削模拟实验研究

椭圆超声振动切削技术的研究绝大多数针对非导套结构装置,针对导套结构对椭圆超声振动切削装置进行了研究。在分析椭圆超声振动切削机理的基础上,通过切削实验发现采用导套结构镗削装置椭圆超声振动切削仍然具有降低切削力、提高加工精度等优势。在相同实际背吃刀量时,吃刀抗力椭圆超声振动切削降为普通切削的19. 6%. 主切削力椭圆超声振动切削降为普通切削的31%. 在理论背吃刀量0. 050 mm 时,椭圆超声振动切削实际背吃刀量接近理论背吃刀量,实际背吃刀量0. 045 mm;普通切削实际背吃刀量和理论背吃刀量相差较大,实际背吃刀量 0. 032 mm.     

高聚物粘结炸药铣削时的边缘崩块形成机理分析

针对高聚物粘结炸药边缘质量的控制与优化问题,采用显微摄像和扫描电子显微镜,研究奥克托今基某高聚物粘结炸药件铣削时边缘崩块的宏观与细观特征及其形成机理。研究结果表明：大切深下铣削边缘产生向工件内部扩展的断裂裂纹而出现边缘崩块,控制切深不大于0.1 mm时可以获得较好的边缘完整性;崩块区域的损伤炸药颗粒以穿晶断裂和孪晶分裂方式破坏,因而完整的炸药颗粒较少;裂纹扩展至自由表面时拉应力与剪应力起主导作用,产生沿晶裂纹、粘接剂开裂以及坑窝等损伤。     

SiC单晶片切割过程动态切割力建模及PID控制

分析切割过程中不同工艺参数,如线锯速度、工件转速、工件进给量及线锯张紧力对切割力的影响,建立切割力与工艺参数的静态模型并进行简化,获得了进给量与动态切割力的模型,采用PID控制策略设计了切割力控制器。Matlab环境下仿真和试验表明:设计的控制器可良好地控制切割过程的切割力;对比切割完成的晶片表面粗糙度,该控制器可实现切割过程的稳定性,提高切片表面质量。