航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究

目的分析航空铝合金高速铣削锯齿形切屑的形成过程及机理,为提高工件表面质量、延长刀具使用寿命提供理论依据。方法考虑航空铝合金在高速铣削过程中铣削厚度变化的特点,选用合理的本构模型及材料断裂准则,将三维铣削简化为二维变厚度的正交切削热力耦合有限元模型,对锯齿形切屑的形成过程进行有限元模拟,并经铣削试验验证有限元模型的准确性。结果在2～16 m/s的切削速度范围内,铣削力、切削温度、锯齿形切屑形貌均得到了准确的仿真。随着切削速度的增加,切屑厚度、切屑连续部分高度和剪切带间距都有减小的趋势,相反,剪切角随切削速度的增加而增大。切削速度为16m/s时,锯齿形切屑在切屑厚度较大的一侧出现,并随着切屑厚度减小而逐渐消失,变为均匀带状切屑,准确仿真了切削厚度变化下锯齿形切屑形貌。结论提出考虑剪切带宽度变化的三阶段锯齿形切屑形成模型,通过剪切带内外的应变、应变率和温度的变化分析了绝热剪切过程,并使用分割强度比参数量化锯齿形切屑应变程度,控制锯齿形切屑形态。     

切削速度对锯齿形切屑形成的影响规律

为研究TC4切削加工过程中切削速度对锯齿形切屑破坏程度的影响,对TC4进行单因素切削试验，分析TC4的动态行为，并进行有限元仿真，进一步探究锯齿形切屑影响因素以及切屑与切削速度之间的联系。结果表明：在TC4切削过程中，随着切削速度的提高，切屑的锯齿状越来越明显；通过数值计算得出，TC4的能量势垒随着切削速度增大而降低，而绝热剪切带内部应力、应变随着切削速度提高而增大，切削速度越高越容易形成锯齿形切屑。     

PCBN刀具切削中锯齿形切屑形态的动态切削力识别

精密硬态切削过程锯齿形切屑对动态切削力、切削温度波动、PCBN刀具寿命和已加工表面质量有重要作用。本文依据锯齿形切屑锯齿的形成和终了过程可以在动态切削力高频信号中体现出来的特征，采用小波分析硬态切削力的高频信号，分析结果表明不同形态的锯齿形切屑形态对应不同的切削力高频信号。从切削力高频信号的切削速度、进给量、采样频率和时间可以定性描述锯齿形切屑形态和剪切失稳的特征参数。依据Shaw建立的锯齿形生成频率模型。在精密硬态切削条件下，锯齿形切屑的生成频率要远小于切削力高频信号的频率，高速切削条件下两者频率逐渐趋于相等。实验及分析结果表明可以采用动态切削力的小波分析来判别锯齿形切屑的基本特征。     

高速切削Ti6Al4V锯齿形切屑形成的表征

深入研究锯齿形切屑的形成过程及表征有利于工业生产中的切屑控制。用锯齿频率、锯齿化程度及绝热剪切带间距来对锯齿形切屑进行表征。鉴于Ti6Al4V在加工过程中易于形成锯齿形切屑,因此选择Ti6Al4V作为工件材料,通过高速切削Ti6Al4V实验,收集不同切削速度和每齿进给量下的锯齿形切屑;将获得的锯齿形切屑进行抛磨及腐蚀后,在VHX-600 ESO数码显微镜下观察切屑形貌,计算不同切削条件下锯齿频率、锯齿化程度及绝热剪切带间距。结果表明:随着切削速度的提高,锯齿频率及锯齿化程度增大,绝热剪切带间距减小;随着每齿进给量的增大,锯齿频率减小,锯齿化程度及绝热剪切带间距增大。锯齿化程度可以作为普通切削、高速切削及超高速切削的判据。     

基于ABAQUS的锯齿形切屑形成机理分析与实验研究

锯齿形切屑的形成会导致机床振动,使刀具的切削性能下降,降低工件的加工质量,因此需要对其形成机理进行分析,合理优化切削参数,减少锯齿形切屑的形成机率。本文利用ABAQUS软件对钛合金的加工过程进行仿真分析,模拟锯齿形切屑的形成机理,并在不同切削条件下进行仿真和实验研究,讨论切削参数对切屑锯齿化程度的影响。结果表明,随着切削速度和进给量的增加,切屑的锯齿化程度逐渐增大,随着刀具前角的增大,切屑的锯齿化程度逐渐减小。研究结果对提高工件加工质量以及设计工艺参数有一定指导作用。     

高速切削淬硬AISIH13锯齿形切屑形成机理研究

以高速切削淬硬AISIH13锯齿形切屑形成机理为研究目标,应用Deform 2D软件模拟分析切屑形成过程,并以试验验证仿真分析的可靠性,然后分析淬硬AISIH13锯齿形切屑形成过程中的应力、应变、温度及损伤变化规律,并从切屑微观结构和EDS图分析切屑形成特征。结果表明,受刀具推挤作用,在第一变形区中部萌生材料损伤,继续切削,损伤逐渐增大,最终压扁成狭长带,切屑节沿此弱化带剪切滑移而形成锯齿。     

切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌影响

为了明确切削速度对某新型易切削钢切屑形态及加工表面形貌的影响规律,开展了不同切削速度下某新型易切钢的切削试验,研究切屑形态和已加工表面形貌并分析其产生原因。结果表明：宏观上,在切削速度大于150 m/min时,该易切削钢切屑以短管螺旋状为主,当切削速度小于150 m/min时,切屑以发条状和破断弧形为主,形成锯齿形切屑的临界切削速度大约在200 m/min;切削速度影响切屑底面形貌,在低速切削时,切屑底面较多大小不一的撕裂状凹坑、沟槽,当切削速度增大至200 m/min 时,能够形成表面较光滑的切屑底面;低速切削该易切削钢时,工件表面粗糙度较大,3D形貌显示波峰高度、波谷深度也均较大,随着切削速度的增加,粗糙度减小,3D形貌亦趋于平缓。     

切削制备纳米材料过程的应变与温度预测

大应变切削是制备纳米材料的一种新方法.切削过程中的应变和温度是影响晶粒细化程度的两个重要参数.在DEFORM软件环境下,建立铝合金6061切削过程的有限元模型,通过切削过程的有限元仿真,研究刀具的切削角度、切削用量对大应变切削过程中的材料应变、切削温度的影响规律.研究表明:影响剪切应变的主要因素是刀具前角,前角越小,对应的剪切应变越大;大应变主要集中在剪切区域,即第一变形区;影响切削温度的主要因素是切削速度,在切削速度较低时,切削温度上升速度缓慢,将切削速度由目前20 mm/s提高到100 mm/s,仍然可以使切削温度控制在铝合金6061动态再结晶温度之下,可以大幅度提高制备纳米材料的效率.     

Ti-6Al-4V钛合金高速切削锯齿化灵敏度仿真分析

为了研究高速切削Ti-6Al-4V钛合金时锯齿形切屑的形成过程,基于ABAQUS有限元分析软件建立了Ti-6Al-4V钛合金高速正交切削过程的有限元模型,应用Johnson-Cook材料本构模型和剪切损伤准则,对高速切削钛合金过程中锯齿形切屑的形态进行了模拟,并通过对比实验结果验证了模型的有效性。提出了锯齿化灵敏度分析方法,分析了切削工艺参数对切屑锯齿化程度的影响大小。研究结果表明,Ti-6Al-4V钛合金高速切削过程中切削速度对切屑锯齿化程度影响最大,刀具前角的影响次之,切削深度的影响最小,该研究有助于深入理解钛合金高速切削切屑形成机理。     

切削速度对切屑形态和加工表面微观形貌的影响

为了研究钛合金车削过程中切削速度和切屑形态特征对已加工表面微观形貌的影响。采用硬质合金涂层刀具车削钛合金TC4,研究了切削速度对切屑形态特征、已加工表面粗糙度和轮廓最大高度的影响规律,分析了切屑底部毛边形貌、已加工表面形貌与表面粗糙度三者之间的关系。结果表明:在切削速度40~120m/min时,切屑底边出现锯齿形毛边,且随切削速度增大锯齿越明显。切屑底部锯齿毛边的形成是造成已加工表面波峰损伤形成的主要原因。影响已加工表面粗糙度的微观形貌特征包括硬质颗粒、粘结现象和波峰损伤。因此,为了获得高质量的加工表面,加工参数选择时必须规避硬质颗粒和严重的粘结现象,并控制切屑底部毛边形态特征。     

纯铜反复锻造工艺

采用DEFORM软件分析了纯铜反复锻造时的变形行为、速度场、载荷、等效应变以及工艺路线对等效应变的影响。结果表明:高宽比为1的试样,采用楔形凸模在第1次锻造的变形初期,试样存在转动现象,然后,试样左、右两侧沿纵向发生剪切,最后充满型腔;采用平端面凸模第1次反向锻造时,材料首先沿水平方向流动,然后,试样左、右两侧沿纵向发生剪切,最后充满型腔。上述变形过程会导致试样变形不均匀。按照A路线反复锻造后,试样上、下表面的等效应变较高,两侧较低;按照B路线锻造,可以在提高应变水平的同时提高变形均匀性。实验研究表明,经B路线4道次反复锻造后,试样获得了超细晶组织。     

挤扭过程中应变量对纯铜组织性能影响

运用有限元模拟软件MSC.Marc对纯铜挤扭工艺进行研究,分析挤扭变形过程、应变分布以及挤压道次对应变分布的影响。结果显示,变形可分为变形开始、完全充满、逐步挤出3个阶段。1道次成形后试样中心应变量较小,边缘处相对较大;随着挤压道次的增加,试样中心、边缘应变量均显著增大。采用自行设计的挤扭模具,在室温下进行纯铜的多道次挤扭试验。试验结果表明,应变量较大的边缘处晶粒变形较为剧烈,硬度值也相对较高;挤压道次增加,应变量增大,晶粒变形剧烈,硬度值愈高。     

AZ31镁合金中绝热剪切带的组织演变规律

为了深入了解镁合金绝热剪切带与裂纹的关系,进而揭示镁合金在高速冲击载荷作用下局部变形绝热剪切的组织演变规律,采用分离式Hopkinson压杆对AZ31镁合金的帽状式样进行冲击压缩实验,而后利用光学显微镜,扫描电镜和维氏硬度计分别对冲击后的AZ31试样进行分析。结果表明,绝热剪切带形成于最大剪应力方向,随着冲击载荷的不断增加,沿着切应力方向上的微孔洞和微裂纹不断长大,直至彼此相互连接成裂纹,最终导致材料的断裂。经对剪切带及周围组织维氏硬度的测量发现,剪切带内细小晶粒区的硬度明显高于周围组织。     

工艺路线对等径角挤压变形均匀性的影响

等径角挤压被认为是制备块体超细晶材料最有前景的工艺方法之一.采用刚塑性有限元法分析了不同路线多道次等径角挤压后的等效应变分布.结果表明:一道次等径角挤压后坯料中间主要变形区下部坯料的等效应变较低.A路线多道次挤压后,变形更加不均匀,上下表面的等效应变差值增大;C路线挤压后等效应变分布呈上下表面小,中间较高的分布特征,且随挤压次数的增加,中心和上下表面的等效应变差异增大.B_c路线多次挤压后的等效应变分布较均匀,等效应变较高的区域应变相差较小且所占区域较大.模拟结果对于等径角挤压工艺的制定可起到指导作用.     

Study of cutting deformation in machining nickel-based alloy Inconel 718

During the process of high-speed machining nickel-based alloy the material presents serrated chips. An experiment involving quick-stop device was conducted. The chip root obtained in the experiment was presented in a metallographic graph. Through the analysis of metallographic graph, the physical features showed that shear angle is reduced and shear plane is converted into shear body when serrated chips formed were analyzed. Conditions under which a crack appeared and adiabatic shear that occurred were also analyzed. Based on the research, shear strain, shear strain rate and shear stress model in the adiabatic shear band were established. The effects of cutting parameters on character of the serrated chip were studied through observing chip metallographic graph.     

热循环条件下高密度倒装微铜柱凸点失效行为分析

基于圣维南原理,采用全局模型和子模型相结合的建模方针,建立倒装芯片封装的有限元模型.分析热循环条件下微铜柱凸点的应力及应变分布,研究高密度倒装芯片封装微铜柱凸点的失效机理,对关键微铜柱凸点的裂纹生长行为进行分析.结果表明,距芯片中心最远处的微铜柱凸点具有最大的变形与应力,为封装体中的关键微铜柱凸点;累积塑性应变能密度主要分布在关键微铜柱凸点的基板侧,在其外侧位置最大,向内侧逐渐减小,这表明裂纹萌生在基板侧微铜柱凸点外侧,向内侧扩展,试验结果与模拟结果相一致.     

不同应变速率下BGA焊球剪切断裂试验与模拟分析

研究了BGA封装Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅焊球经115℃时效后,焊球/铜界面IMC的形貌和组织变化,同时对BGA焊球在两种不同应变速率条件下的抗剪强度进行了分析,并运用ANSYS12.0软件对其过程进行2-D非线性有限元模拟.试验结果表明,随着时效时间的延长,界面形貌由时效前的树枝状变成连续平坦的层状、界面IMC不断增厚,且焊球的抗剪强度随着时效时间的增加而不断降低;应变速率越高,抗剪强度越高.模拟结果表明,应变速率越高,焊球经受的抗剪强度越大,Von Mises应力越大,等效塑性应变越小,塑性应变能密度越大.     

TC4铣削切屑形态与表面形貌特征

目的 对TC4铣削过程中锯齿状切屑的形成与对应产生的加工表面形貌特征进行研究,掌握钛合金TC4高速铣削加工切屑形态随铣削速度的变化规律,从而提高加工表面质量和效率。方法 基于有限元软件,建立钛合金TC4二维变厚度切削模型,通过仿真和铣削试验分析铣削速度对切屑形态的影响规律。利用超景深显微镜和PS50表面轮廓仪对TC4铣削过程中形成的切屑形态及工件加工表面形貌进行观测和分析,确定铣削加工TC4过程中铣削速度与切屑形态、工件表面形貌和表面粗糙度之间的关系。结果 铣削试验验证得出铣削力仿真值与试验值最大误差为9.86%,验证了二维变厚度切削模型的准确性。随着铣削速度从40 m/min增大到120 m/min,切屑形态由带状转变为锯齿状,且铣削力逐渐减小。同时,铣削速度由80 m/min增大到240 m/min时,切屑的锯齿化系数和剪切带内的剪切角均增大,而剪切带间距减小,TC4加工表面波纹加深、波纹间距变宽,并且伴随有大量韧窝出现,导致表面粗糙度值增大。结论 掌握锯齿状切屑几何特征与工件表面形貌随铣削速度的变化规律,以便在铣削加工TC4过程中对锯齿状切屑进行控制,对于提高工件加工表面质量和加...     

不同变形区组成下铝合金厚板蛇形轧制板曲率建模分析

蛇形轧制作为一种新型的轧制工艺为高性能厚铝板生产提供了一种新方法,但是传统的异步轧制弯曲曲率模型不能用于蛇形轧制,蛇形轧制缺少精准的轧后曲率计算模型。根据变形区的特征及中性点的位置,确定了变形区组成及其存在边界条件;塑性变形区最多可分成4个区,对不同组成情况的变形区进行了分析,建立了各种情况下单位压力和上、下部分累积剪应变偏差模型,在此基础上建立了剪切应变引起的弯曲曲率模型,根据流动准则建立了轴向应变引起的弯曲曲率模型,最终建立了不同辊径比下的蛇形轧制的弯曲曲率模型。考虑到厚度方向变形的不均匀性,在建模过程中引入均匀系数E,使模型更加精确。采用Ansys模拟和实验数据进行了模型精度的间接验证。结果表明,与模拟和间接实验结果相比,最大和最小相对误差分别为10.71%和0.34%,证实了模型精度,可应用于弯曲曲率预测及控制;同时研究了不同工艺参数（偏移量、辊径比、压下量、工件初始厚度等）对弯曲曲率的影响规律。研究结果为厚规格铝板蛇形轧制生产提供重要理论和技术支持。