基于均匀设计的车削表面残余应力试验

为了探索难加工材料奥氏体不锈钢车削表面残余应力与切削参数的相关性,作者引入伪变量表达冷却降温切削条件,用均匀设计法设计含定性因素混合水平的车削表面残余应力试验方案,在干式、环保型湿式和低温冷风微油雾三种冷却降温条件下进行了车削试验,用X射线应力测定仪检测出已加工表面残余应力。在三种清洁切削条件下,以切削速度、进给量、切削深度、刀尖半径为自变量,用最优回归子集法建立了奥氏体不锈钢车削表面残余应力模型,回归效果非常明显,因变量与自变量密切相关。表面残余应力研究对保证表面完整性,提高精密机械加工水平具有现实指导意义。     

冷却条件对Ti-6Al-4V铣削表面完整性影响研究

通过实验对比研究TC4钛合金铣削加工过程中不同冷却条件对其加工表面完整性的影响规律。研究结果表明:在相同的铣削参数下,乳化液冷却条件下加工表面的粗糙度值和显微硬度值均比在干切削条件下小;在乳化液冷却和干切削两种条件下的加工表面残余应力均为压应力;随着铣削速度、每齿进给量和铣削宽度的增加,在乳化液冷却条件下的残余应力绝对值逐渐增大,而在干切削条件下,残余应力绝对值逐渐减小;在乳化液冷却和干切削两种条件下,铣削参数中铣削深度对表面完整性的影响最小。     

钛合金Ti-6Al-4V高压冷却车削过程有限元分析

随着钛合金的广泛应用,改善其切削加工性、提高加工表面完整性的试验研究也已得到广泛重视,但对该过程的仿真分析尚不成熟。通过Deform 3D仿真软件建立有限元仿真模型,模拟钛合金Ti-6Al-4V在干切削、普通冷却及高压冷却环境下的车削过程,研究切削环境对切削力、切削温度等加工过程量的影响,获取已加工工件距离加工表面不同深度的残余应力分布,分析高压冷却对钛合金Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响规律。通过钛合金Ti-6Al-4V车削试验测量切削力及刀具表面切削温度,并与有限元仿真模型对比,以验证其可靠性。仿真结果表明:随着切削液压强的增加,切削力增加,刀具表面切削温度降低,高压冷却可有效增强切削液的冷却作用。干切削时,已加工表面(d2=0)为残余拉应力;随着切削液压强的增加,已加工表面残余应力状态逐渐由残余拉应力向残余压应力转变,当切削液压强为200 bar时,已加工表面残余应力为残余压应力,且此时已加工表面残余压应力为最大值。随着测量深度的增加,残余应力值增大,在所有切削试验中,最大残余压应力值均在距离已加工表面相同距离。仿真结果与试验结果的对比证明了有限元仿真模型的可靠性,为钛合金Ti-6Al-4V高压冷却加工热力耦合分析和优化设计提供了理论依据。     

基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。     

切削液对切削残余应力分布影响的实验研究

在分析切削液通过机械效应和热效应对工件加工表面残余应力产生作用的基础上,采用自来水和水性、油性、乳性切削液对45钢进行车削,对试样产生的残余应力和干车削试样比较,观察不同切削液对加工残余应力的影响特点。实验结果表明切削液可以降低残余拉应力或者增大残余压应力,作用效果和切削液冷却及润滑性能有关,同时受切削条件的限制;使用切削液有利于改善工件切削表面残余应力状态,可以把对残余应力的影响能力作为切削液性能评估内容。     

镍基高温合金Inconel718在不同冷却润滑条件下的切削仿真研究

为探究冷却润滑条件对难加工材料镍基高温合金Inconel 718切削加工质量影响规律,基于Advantedge有限元软件,采用三种不同的冷却润滑方式,对Inconel 718材料进行干式切削、浇注式切削、低温冷风微量润滑切削仿真,对比分析不同冷却及润滑条件对切削力、切削温度、切屑形态、残余应力变化的影响规律。     

AZ31B镁合金低温切削的建模与仿真

表面完整性对机械部件的性能和寿命有很大的影响,而它本身则受加工技术的影响。为了减少实验成本和时间,数值模拟仿真的运用尤其是有限元法的应用和研究不断增强。在该项目中,在ABAQUS有限元软件环境下开发二维正交切削模型,利用材料的Johnson-Cook本构模型和破坏模型,使用专门设计的实验装置确定摩擦和热对流系数。此模型的应用不仅可以预测通过低温加工的AZ31B镁合金的热-力学场,还能够预测已加工表面的残余应力分布。该模型被用来研究加工的切削条件(包括刀具几何参数和冷却条件)对工件加工表面残余应力分布的影响。     

难加工材料硬态干车削中切削参数对残余应力的影响

本文对切削参数和残余应力之间的关系的进行研究.针对某型号高强高硬钢在硬态干车削过程,研究了各切削参数对已加工表面残余应力及残余应力层深分布的影响.结果发现,不同的切削参数条件下,工件已加工表面残余应力可以为拉应力也可以为压应力,残余应力作用层深度为300μm左右.对残余应力影响较大的切削因素为切削速度和进给量,切深对残余应力影响较小,切削参数选择低速低进给时,容易得到有利于提高工件疲劳寿命的表面残余压应力.     

材料类型对切削加工表面残余应力的影响研究

为了研究不同材料对切削加工表面残余应力的影响规律,利用有限元模拟技术,设计了钛合金、铝合金、不锈钢及镍合金的切削加工仿真试验。结果发现:钛合金的切削力呈高幅值波动,而镍合金的切削力最大,但两者的切削温度接近,且最大,但两零件表层约0.1mm内,由表至里的残余应力表现为拉-压应力,且大小相当;铝合金的切削力和温度最小,表层主要呈现为残余压应力,但较小;不锈钢表层则主要表现为残余拉应力,且较大,达到350MPa。     

金刚石刀具低温硬车削轴承钢的表面残余应力研究

应用CVD金刚石刀具,在低温CO2冷却下,进行GCr15轴承钢的低温硬车削试验,分析GCr15轴承钢加工表面残余应力的分布规律,探讨切削速度、进给量以及切削深度等切削参数对表面残余应力的影响.结果表明:在试验参数范围内,GCr15轴承钢的加工表面残余应力均为残余压应力,随着切削速度和进给量的增大,周向和轴向最大残余应力...     

淬硬轴承钢高速切削过程的实验与仿真

通过切削实验和有限元仿真相结合。研究了3种典型刃口形式即锋利切削刃口、倒圆刃口和倒棱刃口对高速切削高硬度（60～62HRC）的GCr15材料时的切削温度、切削力和已加工表面残余应力的影响规律。结果显示，在硬态切削条件下，倒棱形式刃口产生的切削热传给刀具和已加工表面的比例较少。对已加工表面残余应力的仿真结果表明，倒棱刃口与倒圆刃口都在已加工表面表层存在拉应力，在距表层150～200μm之间存在一最大的压应力，数值都是-200MPa左右，所不同的是倒圆刃口形式的残余应力变质层的厚度要大一些，与实验数据相比，残余应力的变化规律相同，应力变质层厚度相同，但实验得到的最大压应力数值要大一倍左右。     

航空不锈钢铣削表面残余应力试验

为了研究耐热不锈钢1Cr11Ni2W2Mo V切削用量对加工表面残余应力的影响规律,采用正交试验法进行铣削试验。建立了切削用量与加工表面残余应力之间的经验公式,并分析了铣削用量对加工表面残余应力的影响规律。结果表明,加工表面的进给方向(X方向)和垂直进给方向(Y方向)都会产生残余拉应力;在选用的铣削参数范围内,每齿进给量对X方向残余应力的影响最为显著,铣削速度对Y方向残余应力的影响最显著;X方向和Y方向表面残余应力都随铣削速度和进给量的增加而增加,随切削深度的增加而减小。     

车轴加工基准定位对轴表面残余应力的影响分析

加工基准对车轴表面加工质量有一定影响,为了定量分析由于偏心切削造成的影响程度,从理论上对加工基准误差与加工后车轴表面残余应力的相对关系进行了分析,针对偏心切削对表面残余应力的影响规律进行了研究。设计了在不同偏心量下的切削加工试验,对切削后试件轴表面残余应力进行了测量,试验结果表明,偏心切削对表面残余应力存在一定影响,但是影响程度不是很大。     

车轴加工基准定位对轴表面残余应力的影响分析

加工基准对车轴表面加工质量有一定影响,为了定量分析由于偏心切削造成的影响程度,从理论上对加工基准误差与加工后车轴表面残余应力的相对关系进行了分析,针对偏心切削对表面残余应力的影响规律进行了研究。设计了在不同偏心量下的切削加工试验,对切削后试件轴表面残余应力进行了测量,试验结果表明,偏心切削对表面残余应力存在一定影响,但是影响程度不是很大。     

硬切削表层残余应力特征预测研究

结合精密硬切削加工表层残余应力曲线的勺形分布特征,提出了以表面应力值、最大应力值、最大深度值和有效深度值4个变量作为表达残余应力曲线的特征参数,并作为BP网络的输出量,以刀具几何参数和切削参数等影响硬切削加工最为显著的变量为输入量,建立了硬切削加工表层残余应力特征BP网络预测模型。最后,通过实验验证了模型的准确性,实现了对精密硬切削加工表面残余应力较高精度的预测。     

轴承钢硬态切削表面残余应力的研究

为了揭示轴承钢硬态切削中切削用量对工件已加工表面残余应力的影响规律,运用金属切削软件AdvantEdge在不同切削用量条件下进行了热力耦合切削仿真。结果表明:硬态切削后工件已加工表面出现残余压应力,随着深度的增加残余压应力值减小并逐渐转变为拉应力;切削速度和进给量对残余压应力影响较大,残余压应力最大值随着切削速度的增加呈先减小后增加的趋势,但作用深度变化较小,进给量增加时残余压应力最大值和作用深度均增加;背吃刀量增加时残余压应力最大值和作用深度变化幅度很小。研究结果可为残余应力控制和工艺参数优化提供理论指导。     

预应力条件对镍基高温合金切削加工的影响

为研究预应力条件对镍基高温合金切削加工的影响,采用Abaqus/Explicit软件建立了预应力切削镍基高温合金的三维有限元模型,研究了不同预应力状态下的切削力和加工表面各向应力的分布规律,分析了预应力条件对切屑形状、切削力和表面残余应力的影响,并与实验结果进行对比。研究结果表明:预应力作用对切削力和切屑形状的影响不显著;预应力作用对与预应力加载方向相同的已加工表面应力影响最大,并随着预应力的增大此方向上应力的分布层深显著增大,而对其他方向上的应力分布影响不显著;在一定范围内,随着预应力的增大已加工表面残余压应力值大小和分布层深都显著增大。     

后刀面磨损对加工表面残余应力的影响研究

残余应力是衡量加工表面质量的一项重要指标,切削过程中刀具后刀面磨损会对加工表面残余应力产生重要影响。以弱刚度高精度件齿圈为研究对象,研究后刀面磨损对残余应力的影响。设计了刀具磨损几何模型,建立了齿圈切削二维仿真有限元模型,通过仿真分析了不同后刀面磨损量条件下齿圈加工表面残余应力,得到了残余应力随后刀面磨损量的变化规律,并利用钻孔法测试了残余应力,结果表明,仿真数据可靠。     

弱刚度结构件切削加工残余应力的研究

弱刚度结构件具有刚度差和材料去除量大等特点,加工过程中产生的残余应力容易导致其加工变形,尤其对于精度要求高且厚度不均匀的弱刚度结构件,更有必要研究切削加工残余应力的影响因素,从而为控制弱刚度结构件的加工变形提供基础。根据正交切削理论和热弹塑性有限元理论建立了切削加工的三维有限元模型,对材料为40CrNiMo的变厚度弱刚度结构件进行了切削加工模拟,对切削过程中的残余应力进行了有限元计算。通过对比不同切削参数情况下残余应力的分布,得到了残余应力随切削参数的变化规律;将变厚度弱刚度结构件的加工分为二次等厚度的切削加工,通过与一次加工得到的残余应力进行对比,得到了2种不同加工工序对变厚度弱刚度结构件的残余应力影响规律。     

干式铣削对淬硬钢表面残余应力的影响研究

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响.运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4％,证明仿真模型可行.模拟实验得出:在高速铣削SKD11淬硬钢时,适当的减小切削速度和增大切削深度,可有效降低残余应力对加工表面质量的影响.