难加工材料刀具磨损的有限元仿真分析

为了便于确定切削用量及刀具角度与刀具磨损之间的关系,实现在实际加工过程中,对刀具磨损量的自动补偿,提高产品加工质量和生产效率,本次研究从切屑分离准则来判断刀具材料的分离角度分析刀具磨损情况。假设工件是刀具,切削刀具为被切削材料,利用Johnson-Cook剪切失效模型来计算切削刀具材料的脱离量。采用三维分析软件HYPERWORK对刀具切削不锈钢304材料的过程进行仿真,得到不同切削条件及刀具角度下刀具的应力应变情况,根据HYPERWORK仿真软件划分网格,得到网格点的应变,从而计算得到的各节点随时间变化而失效的关系,利用MATLAB对离散数据进行拟合得到连续曲线,为实现数控实际加工中刀具的自动补偿提供数据插值依据。     

三维有限元分析在高速铣削温度研究中应用

高速切削过程中切削温度对刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度有极大的影响。应用有限元法对高速铣削铝合金薄壁件过程中工件与刀具接触面温度、工件内部的温度分布进行了仿真研究,仿真过程中考虑了切削速度、进给量对切削温度的影响。通过红外热像仪对不同主轴转速下工件表面温度的测量,验证了仿真结果与试验结果比较接近。得出在高速切削铝合金过程中,随着切削速度的增加,刀具与工件接触区的温度变化存在二次效应。该结论对铝合金薄壁件加工具有重要的实用价值。     

基于黏结-滑移摩擦模型的304不锈钢切削力仿真研究*

通过预测加工304不锈钢时产生的切削力,从而对切削参数和刀具几何参数进行优化,是提高304不锈钢的加工精度、切屑控制及保障刀具寿命的基础。建立304不锈钢切削仿真模型,为提高模型的精确性,选择Johnson-Cook本构方程和黏结-滑移摩擦模型。结果表明：采用黏结-滑移摩擦模型的切削力预测结果更为准确,表明相对于纯剪切摩擦与库仑摩擦模型,黏结-滑移摩擦模型能更准确地描述刀-屑摩擦特性。展开不同参数下的切削力研究,研究发现：切削力随着刀具前角、后角和切削速度的增大而减小,随切削刃钝圆半径和切削厚度、宽度的增大而增大,其中切削宽度、厚度及前角对切削力大小影响较大。研究结果为304不锈钢切削效率的提高和切削机制的研究提供了理论依据。     

精加工中刀具不同前角的有限元模拟研究

基于刚塑性有限元方法进行有限元仿真模型的建立,运用自适应网格(ALE)划分法对网格进行重新划分。运用Johnson-cook强化模型和剪切失效模型来定义切屑的形成。运用有限元软件对金属切削进行了二维切削模拟,分析刀具前角对切屑变形、工件表面应力分布、已加工表面质量及刀尖附近加工表面切削温度的分布等的影响。     

绿色加工中刀具磨损对表面粗糙度影响的研究

在切削镍基高温合金材料过程中,由于不稳定因素造成已加工表面粗糙度很难控制,尤其是刀具磨损直接影响着表面粗糙度。通过对冷风油雾、冷风和常温油雾等不同冷却切削条件下刀具磨损和工件表面粗糙度微观形貌的实验,研究了高速切削镍基高温合金材料时,在不同冷却切削条件下刀具磨损对工件表面粗糙度的影响,揭示了用冷风高速切削提高表面加工质量的规律。     

单晶Ni3Al切削过程的分子动力学仿真研究

采用分子动力学方法构建了单晶Ni3Al纳米块和球形金刚石刀具模型,模拟金刚石刀具对单晶Ni3Al工件的纳米切削过程并分析切削过程中切屑和已加工表面的形成,切削力、工件温度和系统势能的变化规律.结果 表明:在切削区域,由于刀具的剪切和挤压作用,工件原子发生滑移,部分原子脱离初始位置,形成切屑和已加工表面;切屑和已加工表面的形成主要与切向力和法向力的作用有关;切削过程中工件温度和系统势能在不断增加,而已加工表面工件原子的弹性恢复和晶格重组又会减弱其增加速率.     

高速切削温度动态变化规律的数值模拟

切削温度与刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度密切相关,其变化规律反映出高速切削过程本质的重要方面。本文应用数值模拟,对高速切削加工过程中切屑、工件和刀具三方面的温度随切削速度、进给量、切削深度的动态变化进行了研究,探讨了其变化规律,其结论有助于优化高速切削工艺及建立高速切削数据库。     

斜角切削的热力建模与仿真分析

提出了斜角切削热力模型。用等效平面方法把不等分剪切区的直角切削理论延伸并应用于斜角切削中,等效平面的方位由定义的等效平面角来确定。使用坐标变换法分析了斜角切削几何参数之间的关系。建立了剪切区剪切速度、剪应变、剪应力和温度分布的控制方程,在考虑了工件材料加工硬化和热软化影响的条件下,由材料的Johnson-Cook本构方程预测出了剪切区的流动应力。计算了一定加工条件下的切削力,计算结果与已有文献斜角切削实验数据具有较好的一致性,同时,试验表明所提出的斜角切削模型适合于立铣切削力的预测。     

PCBN刀具干湿切削淬硬钢对比试验研究

通过PCBN刀具干、湿切削淬硬轴承钢GCr15对比试验,对两种条件下的切削力随刀具磨损的变化、刀具寿命及被加工工件表面粗糙度进行了对比。试验表明:干切削状态下金属软化效应占主导地位,湿切削可获得更好的表面粗糙度,切削液在刀具磨损后期开始发挥作用。     

铝合金高速铣削中切削温度动态变化规律的试验研究

切削温度与刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度密切相关。高速切削过程中切削温度随工件材料、所选刀具及切削用量的不同而呈现出与普通切削过程不同的变化规律。本文应用红外热像仪测温系统对高速铣削过程中切削温度的动态变化规律进行试验研究 ,首次给出了铝合金高速铣削过程中存在的临界切削速度关键数据及切削温度随切削速度的变化规律 ,其结论有助于指导铝合金高速铣削加工、优化高速切削工艺及建立高速切削数据库。