微织构刀具超声振动辅助加工切削性能仿真研究

对微织构刀具在超声振动辅助加工时的切削性能进行仿真研究。在研究中,在CAXA软件中建立刀具参数相同的二维刀具和微织构刀具,导入AdvantEdge软件,分别进行二维普通刀具切削、二维微织构刀具切削、二维普通刀具超声振动切削、二维微织构刀具超声振动切削,对比分析四种切削的仿真结果。通过仿真研究发现,微织构结构可以有效降低刀具温度,高温区域明显减小,同时可以减小刀具应力,减小高应力区域,对切削力的影响则不大。超声振动辅助加工可以有效减小切削力,降小刀具应力,对刀具温度的影响则不大。微织构结构和超声振动辅助加工同时作用,刀具温度最低,切削力和应力最小,并且可以延长刀具寿命。     

微织构Al_2O_3-TiC陶瓷刀具切削性能仿真研究

前刀面有微织构的刀具与无织构刀具的切削性能不同。为了研究Al_2O_3-Ti C陶瓷刀具前刀面凹坑微织构分布对刀具切削性能的影响,使用ABAQUS对陶瓷刀具进行三维建模,将模型导入有限元分析软件Advantedge中,在相同条件下,对无微织构和有微织构刀具进行三维切削仿真,对比其切削力、切削温度及应力分布,结果表明,具有特定凹坑微织构参数的Al_2O_3-Ti C刀具在切削过程中可降低切削力,改善温度和应力分布。     

四刃平头铣刀铣削Ti-6Al-4V钛合金参数优化设计及实验研究

为解决四刃平头铣刀铣削钛合金材料时切削力大、切削温度高等问题,利用AdvantEdge FEM仿真软件对四刃平头铣刀进行铣削仿真分析,从刀具应力分布、切屑形貌的方向优化刀具参数,将最佳刀具参数应用于切削参数仿真中,获得铣削Ti-6Al-4V材料的最佳切削参数,并利用试验进行验证。研究表明：基于刀具应力分布以及切屑卷曲状态获得了最优刀具参数;通过不同切削参数的铣削仿真试验获得了最小切削力参数以及最低切削温度参数,并通过试验验证了仿真有效性,为高效铣削Ti-6Al-4V材料提供有价值的理论参考。     

微织构PCBN超硬刀具切削气门座圈的温度研究

合理的微织构可以减小切屑与刀具前刀面的摩擦,降低切削力和切削温度。使用微织构超硬PCBN刀具车削粉末冶金气门座圈,研究切削速度和织构参数对切削温度的影响。通过正交试验,在干切削条件下测量切削温度,结果表明:凹坑密度w对切削温度的影响最为显著,其次是切削速度v和凹坑深度h,凹坑直径d对切削温度的影响最小;最优织构参数组合为凹坑直径d=180μm,凹坑深度h=20μm,凹坑密度w=15%,切削速度v=70m/min。     

织构参数对刀具主切削力及切削温度的影响

织构刀具具有良好的摩擦学特性,针对织构参数对刀具主切削力及切削温度的影响,利用仿真软件建立硬质合金织构刀具切削Al7075-T6铝合金的二维正交切削仿真模型,分析了织构宽度、织构间距、织构刃边距、织构深度对刀具主切削力及切削温度的影响。结果表明,合理的织构参数具有良好减磨效果,能够改善刀具切削性能;不合理的织构参数会引发织构刀具的二次切削,使刀具的主切削力及切削温度增大。在所选织构参数范围内,织构宽度40μm、织构刃边距80μm、织构间距70μm、织构深度20μm时,刀具的主切削力及切削温度最低。     

微织构刀具织构参数优化仿真研究

高温镍基合金在切削加工过程中,较大的切削力会产生较高的切削温度,造成刀具磨损严重、加工表面质量差等加工难题。在刀具前刀面加工区域,设计微观织构(微织构)可以改善切削加工中刀-屑接触面的摩擦润滑状态,从而改善刀具的切削性能。采用有限元仿真软件对正弦型微织构刀具进行切削镍基合金的仿真实验,通过正交实验研究正弦型微织构刀具的织构刃边距、织构宽度、织构间距、正弦曲线幅值和周期长度5个织构参数对刀具切削性能的影响,并优化了正弦型微织构刀具的织构参数。结果表明:正弦型微织构刀具的主切削力降低程度与织构参数密切相关,且织构参数对主切削力大小的影响程度依次为:织构刃边距织构间距织构宽度正弦曲线幅值周期长度。优化后得到的刀具切削力、切削温度和断屑能力优于优化前无微织构刀具。     

织构截面形状对刀具切削性能的影响仿真研究

为了研究织构截面形状对刀具切削性能的影响,采用有限元仿真法建立了不同截面形状硬质合金织构刀具干切削45钢的二维正交切削模型,分析了相同织构参数条件下截面形状分别为三角形、矩形、圆弧形、正梯形和倒梯形织构对刀具主切削力、切削温度和应力的影响。研究结果表明,所有织构刀具的主切削力、切削温度和刀具应力均小于无织构刀具;矩形截面的织构刀具主切削力最小,与无织构刀具相比减小了4.2%;正梯形截面的织构刀具切削温度最低,与无织构刀具相比减小了17.1%;正梯形截面的织构刀具应力最低,与无织构刀具相比减小了17.3%。在织构参数一定的情况下,织构截面形状对织构刀具切削性能有一定影响,主要表现在不同织构截面形状对切屑的二次切削程度的影响以及织构截面表面积大小对散热效果的影响。     

基于遗传算法的微织构刀具织构参数仿真研究

微织构刀具切削过程中，织构参数对切削力有显著影响。为了通过优化微织构参数得到较小的切削力，利用DEFORM-3D软件建立了硬质合金刀具铣削高硅铝合金的模型，仿真得到不同微织构参数下的切削力，并结合单目标遗传算法对微织构参数进行优化求解。结果显示，优化后的微织构参数更能降低切削力。     

非对称织构对YT15硬质合金刀具切削性能及其衍生切削的影响

为研究非对称织构对刀具的切削性能及其对衍生切削的影响,基于Johnson-Cook模型,利用有限元分别进行无织构刀具(NT)、正向非对称织构刀具(FT)和反向非对称织构刀具(RT)切削45钢的仿真分析,并进行相应的切削实验,对比分析了NT、FT和RT的切削力、切削温度、切屑形态、衍生切削和刀具磨损等。研究发现非对称织构刀具的切削性能要优于无织构刀具,但织构的存在同时会诱发衍生切削现象,对切削性能产生一定的负面影响,加剧刀具磨损。NT、RT和FT的平均主切削力分别为601.9、196.4和419.1 N,织构刀具的切削力较无织构刀具减少了约30.4%～67.4%。结果表明,引入织构后有利于增大剪切角、降低切削力、改善刀尖温度分布和减少切屑的黏附,提高切削稳定性;但织构诱发的衍生切削会加剧织构在切屑流出端的刀面磨损,会在一定程度上影响切削温度、增大切削力,织构与衍生切削的耦合作用使得RT的切削性能优于FT。     

基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金仿真研究

利用有限元软件ABAQUS构建钛合金切削过程的二维仿真模型,通过钛合金切削试验验证模型的正确性。对微织构刀具切削钛合金的过程进行仿真,与无微织构刀具切削钛合金的仿真进行对比分析,研究了微织构刀具应力分布、切削力的变化规律以及对等效塑性应变的影响。仿真研究表明,微织构的存在对切削过程中刀具的应力分布有积极的改善作用,可以降低切削力,减少塑性应变。     

凹槽微织构刀具皮质骨切削仿真研究

在骨钻削过程中,钻削力过大会对骨组织造成损伤,研究表明,微织构能够有效改善刀具的切削性能。将钻削简化为二维切削,研究凹槽微织构刀具对切削力的影响。基于切削理论建立了凹槽微织构刀具的切削力模型,利用ABAQUS软件进行皮质骨二维切削仿真。设计单因素试验确定微织构参数(宽度、间距和刃边距)对切削力的影响,对比分析微织构刀具和无微织构刀具的仿真结果。结果表明:微织构刀具能够有效减小切削力;微织构参数对切削力有不同影响。     

微织构衍生切削下的钛合金正交微切削性能分析

针对微织构刀具加工过程中的衍生切削效应,利用正交微切削单元开展了微坑刀具及无织构刀具的钛合金微切削实验,从切屑底面形貌、微坑黏结状态等方面分析了微坑刀具微切削性能;通过ABAQUS软件对微织构刀具微切削钛合金过程进行有限元模拟,分析微坑织构的衍生切削作用对刀-屑接触应力分布及切削力的影响,优化设计微坑边缘过渡区参数并进行切削仿真分析。实验和仿真结果表明,微坑会减小前刀面黏结,存储微屑,减小刀-屑接触应力,提高刀具减摩性能;但微坑与切屑的衍生切削作用会增大瞬时切削力,降低切削过程平稳性。此外,微坑过渡区优化可改善切削过程波动,降低切削力,改变切屑形态,改善切屑在微坑的流入/流出状态,有助于减小微坑织构衍生切削效应,提高织构的减摩效果。     

车削钛合金断屑槽微织构参数优化

为提高硬质合金刀具切削Ti6Al4V钛合金工件时的断屑效果,基于Deform-3D有限元分析软件,通过多指标正交仿真试验测量其切削力及切削温度。采用极差分析探究断屑槽中微织构几何参数对上述指标的影响程度,运用多元非线性回归方法建立多目标优化的数学模型,并采用综合平衡法、响应面法及多目标模拟退火算法进行求解,对比结果表明：三种方法下,模型最佳参数解为A=0.26mm, B=0.35mm, C=0.09mm,微织构参数优化后的刀具能够有效降低切削力及切削温度,改善切削性能。     

刀具表面微织构设计和切削仿真分析

织构在刀具表面上的应用受到众多使用者的青睐,为了进一步深化对织构的设计,使其具有更好的润滑减摩效果,针对微凹坑织构的单一独立性和宽凹槽织构的锯齿切削现象的弊端,设计了微凹坑-凹槽线性组合织构形貌。采用ABAQUS通用软件对新型织构类型刀具进行二维切削仿真,通过仿真对比后发现,织构刀具在应力、切削温度、切屑形态方面都表现出较好的优越性,并且在切屑卷曲方面,织构与刀面交接处的弧度对切屑表面光整度具有较大影响,较大的弧度能够有效降低锯齿切削现象。     

刀具因素对H13钢切削性能的影响研究

为了选择合适的刀具加工H13热作模具钢,利用有限元仿真软件AdvantEdge FEM进行三维正交铣削试验并得出较优铣削参数。利用这组铣削参数研究退火后的H13钢的切削加工性能,采用多种Ti化合物涂层刀具进行铣削退火H13钢试验,分析不同的涂层材料刀具与切削力、切屑形态以及刀具磨损状况之间的关系。研究表明TiAlN涂层刀具的切削性能最佳。根据材料的加工性能选择最适合加工退火H13钢的Ti化合物涂层刀具。     

一种刀具表面阶梯型微织构的作用机理分析

为了探究阶梯状微织构在刀具表面存在的作用及其相关机理,并获取最优的织构参数,利用激光加工设备在硬质合金刀具表面加工出不同参数的凹坑织构,利用摩擦磨损试验机进行销盘式摩擦磨损实验,并通过车床进行了切削铝合金的实验.结果 表明,当刀具表面凹坑织构的直径为65μm、凹坑深度为15μm时,与无织构表面相比,具有凹坑织构表面的摩擦系数降低了43.5％,与硬质合金相对磨的铝合金销的磨损量减小了40.2％,在切削加工中具有织构纹理的刀具的主切削力降低了10.4％.从上述结果来看,刀具表面的阶梯状微织构能够有效起到减摩降磨的作用,同时改变切屑类型,大幅提升刀具的使用寿命.     

多层复合涂层刀具切削过程的三维有限元仿真

利用DEFORM-3D软件,对多层复合涂层刀具的切削过程进行三维有限元仿真研究,获得了切削过程中的切削温度、切削力和刀具应力等参数,并进行了相关的切削实验对比.实验结果表明,仿真所得的切削温度和切削力结果与实验结果能够较好地吻合,仿真所得的刀具应力结果能够较好地说明涂层的破坏.该仿真方法可以作为研究多层涂层刀具失效机理的有效方法,     

不同形貌微织构自润滑陶瓷刀具切削性能的对比

采用激光技术在Al2O_3/TiC陶瓷刀具前刀面加工出微凹坑和微沟槽2种微织构,并填充MoS2固体润滑剂制备得到微织构自润滑刀具,研究了不同形貌微织构自润滑刀具对淬硬钢的切削性能,并与传统无织构陶瓷刀具的进行了对比。结果表明:在不同切削条件下,采用微凹坑织构刀具切削时的主切削力较采用无织构刀具的平均降低了26.91%,而采用微沟槽织构刀具切削时的平均下降了15.85%;在切削速度较高、进给量和背吃刀量均较小的条件下,采用微织构刀具切削后工件的表面粗糙度较采用无织构刀具的有明显下降;微凹坑织构刀具切削后的切屑变形程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具切削后的,其前刀面的磨损程度明显低于微沟槽织构刀具和无织构刀具的,微凹坑织构刀具比微沟槽织构刀具表现出更佳的切削性能。     

微织构(W,Mo)C基刀具和YG8刀具对钛合金干切削性能的影响

刀具切削钛合金时存在切削温度高、单位面积上切削力大等问题,微织构刀具可以有效减小摩擦力,减小切削力。通过正交实验法设计微织构参数,研究微织构参数对Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具以及YG8刀具切削钛合金实验的切削性能影响。实验结果表明,合适参数的沟槽型微织构能有效降低Al 2O 3/La 2O 3/(W,Mo)C无黏结相硬质合金刀具和YG8刀具切削TC4钛合金的切削力,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的切削力明显低于YG8刀具的切削力;合适参数的沟槽型微织构能有效降低刀具刀屑界面的摩擦系数,相同沟槽参数下,无黏结相硬质合金刀具的摩擦系数大都低于YG8刀具的摩擦系数;沟槽深度10μm、沟槽间距100μm以及沟槽宽度30μm的沟槽参数下,切削钛合金时,无黏结相硬质合金刀具前刀面无明显磨损,后刀面只有边界磨损,YG8刀具发生崩刃,前刀面出现切屑的滞留。     

面向绿色切削的表面微织构刀具设计及其切削性能的有限元仿真研究

采用DEFORM-3D有限元仿真软件对梯形槽表面微织构刀具进行切削仿真研究。通过正交试验法,结合等离子刻蚀加工的实际情况,设计了具有不同织构参数的梯形槽表面微织构刀具。研究了织构上宽度、织构间距、织构深度、织构刃边距、织构刃边角五个因素对表面微织构刀具切削性能的影响,经优化后得到了具有最佳织构参数的梯形槽表面微织构刀具。结果表明:合理的织构参数具有良好的减摩效果,能够改善刀具和切屑之间的摩擦状况,促进刀尖处的散热,从而达到降低切削力和切削温度的作用。