微织构刀具对工件表面残余应力影响有限元分析

针对微织构刀具对切削工件表面残余应力的影响,设计不同尺寸的垂直槽和平行槽微织构,利用有限元仿真技术,模拟不同类型、不同尺寸微织构PCBN刀具干式车削GCr15试验。通过对有限元结果进行研究分析,得到已加工表面残余应力分布情况,并与无织构PCBN刀具对比,分析微织构对已加工表面残余应力的影响。有限元仿真结果表明:与无织构刀具切削工件表面获得拉应力相比,槽型织构刀具切削后的工件已加工表面呈现压应力,提高工件表层的耐磨损和耐疲劳性能;宽度50μm垂直槽和宽度40μm平行槽刀具切削得到的工件表面压应力最大,对工件表面应力分布影响最显著。     

刀片表面粗糙度对工件表面残余应力分布影响的分析

目的探究硬质合金刀片表面粗糙度对加工工件表面残余应力分布的影响。方法首先通过Advant Edge FEM软件建立斜角三维切削模型,得出刀-屑间的摩擦模型。然后采用化学机械抛光方法对硬质合金刀片表面进行预处理,制备不同表面粗糙度的硬质合金刀片,通过对不同表面粗糙度的刀片进行四因素四水平的正交切削实验获得切削力,结合切削力的实验结果及刀-屑之间的摩擦模型,获得刀-屑间的摩擦系数,基于Advant Edge FEM对切削残余应力进行模拟仿真。最后,结合实验对仿真模型的合理性进行验证。结果采用表面粗糙度为0.02、0.04、0.08、0.2μm的硬质合金刀片切削45钢时,工件表面的最大残余应力分别为621.51、655.46、654.69、687.29 MPa。采用表面粗糙度为0.02μm的硬质合金刀片切削与采用表面粗糙度为0.2μm的硬质合金刀片切削相比,工件表面的最大残余应力减小了10.58%。结论硬质合金刀片的表面粗糙度越小,切削工件表面的残余应力越小。     

固着磨料研磨对工件表面残余应力的影响

探讨了固着磨研磨中磨料尺寸，研磨压力和研磨速度等研磨参数对工件已加工表面残余应力的影响规律。发现了固着磨料研磨使工件表面产生的残余应力为压应力。当磨料尺寸增大，研磨速度提高时，残余应力增大。其增大速度随磨料尺寸增大而减小，随研磨速度的提高而增加。     

织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析

目的研究刀具表面织构分布对刀具切削性能的影响。方法基于大型非线性分析软件ABAQUS进行刀具二维切削TI6AL4V的有限元仿真,收集切削力数据,通过切削实验进行验证,误差符合后进行等间距、非等间距和混合型织构的有限元仿真,收集切削力、切削热等切削数据进行分析。结果提取结果后与无织构刀具相比,等间距织构刀具的最高温度降低12.4%,非等间距织构刀具的最高温度降低14.5%,混合型织构刀具的最高温度降低16.5%。与无织构刀具相比,等间距织构刀具的主切削力降低9.8%,非等间距织构刀具的主切削力降低11.2%,混合型织构刀具的主切削力降低12.6%。结论在刀具表面加工适当的织构可以提高刀具的切削性能,织构间距越小,织构的减摩作用越明显,与等间距织构相比,非等间距织构减摩效果更好。织构分布过于密集易造成加工中的震动问题,在微织构中添加尺寸更小的微细级织构,既能减小刀屑接触面积,又避免了因间距过小导致刀具强度降低的问题。     

刀具几何参数对残余应力的影响分析

利用有限元法分析了残余应力与刀具前角和切削刃钝圆半径的关系.结果表明:在前角一定变化范围内,随着前角的增加,工件表面产生的残余拉应力的值先增大后减小,残余拉应力层的厚度与刀具前角关系不明显;残余应力随着切削刃钝圆半径增大而减小,但残余应力层的厚度增大.     

切削速度对微织构刀具切削力的影响

目的 研究微织构刀具在不同切削速度下切削力的变化规律,从而改善刀具的切削性能。方法 利用激光技术在PCBN刀具前刀面进行微织构处理,加工微槽宽度分别为30、40 μm的垂直微槽和平行微槽,并选择60、72、85 m/min三种不同的切削速度,分别用微织构PCBN刀具干式切削AISI 52100材料,使用测力仪收集切削过程产生的主切削力、径向力和轴向力。结合有限元仿真技术,设置与实际切削试验相同的切削用量、微织构刀具材料和工件材料等切削条件,从刀具表面应力角度分析微织构刀具在不同切削速度下的切削力变化,并与切削试验结果进行对比。结果 在不同的切削速度条件下,不同微织构刀具产生的切削力受切削速度的影响程度不同。30 μm垂直微槽和40 μm平行微槽PCBN刀具在较高的切削速度下均能取得较小的切削力,切削速度的变化对主切削力、径向力和轴向力的影响均较大。结论 随着切削速度的增大,垂直微槽和平行微槽可有效减小主切削力和径向力。在相同的切削速度下,垂直微槽比与平行微槽更有利于获得较小的切削力。试验结果对微织构PCBN刀具切削淬硬钢材料奠定了基础。     

刀具前角对加工残余应力的影响分析

切削加工过程中在工件表面产生的残余应力的大小和分布对工件的使用性能有重要影响.实践表明工件表面残余应力与刀具前角密切相关.文章建立了二维切削模型,利用有限元法计算分析了残余应力与刀具前角的关系.结果表明,在前角一定变化范围内,工件表面主要产生残余拉应力,其值随前角增加先增大后减小,残余拉应力层的厚度与刀具前角关系不明显.因此可以通过改变刀具前角来控制加工过程中的残余应力.     

激光加工表面微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响

目的优选陶瓷刀具表面微织构形貌,以获得减摩性能较好的微织构。方法采用摩擦磨损实验,单因素研究微织构对陶瓷刀具摩擦磨损性能的影响。测定不同形貌织构刀具的表面摩擦系数,对比其表面磨损形貌,并通过有限元分析软件ABAQUS对微织构表面摩擦过程进行有限元仿真分析,研究不同织构对刀具应力分布的影响。结果在载荷90 N、转速300 r/min、时间30 min的条件下进行摩擦磨损实验,无织构刀具表面摩擦系数约为0.42;放射状微织构刀具的微织构方向与对磨副运动方向垂直,其摩擦系数最低,约为0.35。有限元仿真分析表明,无织构刀具应力集中出现在对磨副与刀具接触的前沿,约16.68~18.19 MPa,应力集中容易引起局部磨损;微织构方向与速度方向垂直时,等效应力值约为21.96~31.37 MPa,应力分布更为均匀,应力较大值分布在微织构沟槽的两侧,刀具更耐磨。结论相比于无织构刀具,加工微织构会使得刀具表面摩擦系数降低,耐磨损性能提高,应力分布更为均匀。     

基于ANSYS/Workbench不同微织构刀具强度有限元分析

仿生摩擦学研究表明在刀具表面置入微织构纹理可以改善外圆车刀在切削时的摩擦状况,但是置入的微织构纹理会对刀具的结构强度产生一定的影响。针对微坑织构、凸包织构和条纹织构纹理进行了刀具的建模并利用 ANSYS ／Workbench 对不同微织构纹理刀具进行有限元分析。结果表明：在微织构的深度、间距尺寸一致的情况下,微坑织构纹理对刀具的应力影响程度较大,条纹织构纹理的影响程度较小,3种织构纹理对刀具的变形影响相差不大,综合比较条纹织构对刀具强度影响较小。     

不同深度堆焊层表面残余应力的有限元分析

基于相同板厚工件的条件,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、焊接与冷却时间等影响因素,建立了不同深度堆焊层焊接残余应力的有限元模型。利用盲孔法测量堆焊层中的残余应力值。有限元分析数据与试验的结果均表明焊接残余应力随着焊道深度增加而增加,且两者在趋势上吻合度较好。有限元模拟在提高参数精度的前提下,可指导堆焊残余应力的研究。     

流动应力模型对刀具温度有限元分析的影响

正交切削有限元分析过程中,被加工工件的流动应力数据是影响结果的重要参数.通过对AISI一1045材料高速切削加工过程进行有限元建模与计算,比较三种典型流动应力模型即Johnson-Cook、Oxley和Zerilli-Armstrong模型对切削过程仿真以及切削区域尤其是刀具温度分析所产生的影响,发现三种模型所得到切屑成形过程不同,尽管温度分布和变化的基本规律一致,但相同加工条件下具体温度数值相差很大.     

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

晶粒度对立方系材料织构及残余应力分析的影响

本文推导了立方系伪各向同性多晶体由织构取因子分析的分辨力所决定的临界晶粒度及对残余应力测试产生影响的临界晶粒度，说明了伪各向同性多晶体在织构分析无法分辨的晶粒度区域，仍可能产生残余应力测试曲线的非线性现象，并以钢铁材料的应力测试为例，说明在一定的晶粒度下，ｄ－ｓｉｎ＾２ψ关系出现非线性时，必须同时考虑晶粒度及织构对Ｘ射线应力测定曲线振荡现象的贡献。     

基于Workbench的微织构刀具对铝合金切屑影响

针对6061铝合金切削过程中加工表面质量较差、切屑缠绕的实际情况,以仿生摩擦学理论为基础,利用ANSYS Workbench仿真软件,重点研究了刀-屑之间摩擦应力状况;同时,借助微织构硬质合金(WC-Co,YG8)刀具进行铝合金切削实验,研究不同尺寸和结构特征的微织构对铝合金切屑形貌的影响。研究结果表明:梯状微织构刀具尺寸为直径d=65μm、深度h=15μm时,刀屑之间最大摩擦应力下降21.8%,锯齿状切屑控制良好,齿高降幅52.5%,剪切角降幅31.6%,锯齿角降幅9.5%;存在细长型和粗壮型两种树杈状切屑,并得到良好控制,细长型切屑降幅达到95%,粗壮型切屑降幅87.5%,抑制效果明显。同时研究发现:微织构刀具下,切屑形貌严重影响加工表面质量,良好的切屑形貌,能够降低刀-屑之间镶嵌粘焊概率,减小加工过程中振幅和频率,使加工更加流畅,得到良好的加工表面质量。     

条形槽微织构对PCBN刀具切削性能的影响

微织构作为刀具结构设计的新方法，对刀具的性能产生一定的影响。在刀具前刀面设计制备条槽型微织构，结合有限元仿真技术，从理论上分析条形槽微织构对切削力和已加工表面质量的影响，再设计切削试验，对有限元仿真结果进行实际验证。结果表明:有限元仿真和切削试验结果基本一致；与无织构刀具相比，条形槽微织构能够减小切削力且对主切削力的影响最显著，对进给力的影响较弱；条形槽微织构使工件表面应力、塑性应变和粗糙度均小于无织构刀具的，提高了工件已加工表面质量，其表面粗糙度仅为1.54 μm。      

晶粒度对立方系材料织构及残余应力分析的影响

本文推导了立方系伪各向同性多晶体由织构取向因子分析的分辨力所决定的临界晶粒度及对残余应力测试产生影响的临界晶粒度，说明了伪各向同性多晶体在织构分析无法分辨的晶粒度区域，仍可能产生残余应力测试曲线的非线性现象，并以钢铁材料的应力测试为例，说明在一定的晶粒度下，ｄ－ｓｉｎ２Ψ关系出现非线性时，必须同时考虑晶粒度及织构对Ｘ射线应力测定曲线振荡现象的贡献。     

表面粗糙度对残余应力测量结果的影响

压痕应变法是一种测量深度约为0.1mm的表面残余应力测量方法。研究表面粗糙度对残余应力测量结果的影响。结果表明：在先贴片后加载的试验①,②组中,粗糙度为0.55μm的Rx（x方向残余应力）比粗糙度为0.75μm的Rx减小约14MPa;在先加载后贴片的试验③,④组中,粗糙度为0.55μm的Rx比粗糙度为0.75μm的Rx减小约44MPa。与①,②组试验结果相比,③,④组中表面粗糙度对压痕应变法测量结果的影响更为显著,表面粗糙度对残余应力测量结果的“削减作用”增强。在工程应用中,大部分构件处于不同的应力状态,因此,表面粗糙度对残余应力测量结果的影响不可忽视。在2219－T87母材试板上,置信度为0.95时,残余应力的置信区间为［－122.515,－113.884 9］MPa。     

表面残余应力对玻璃压痕参数的影响

通过研究化学钢化前、钢化后钠钙玻璃的压痕形貌、几何尺寸和表面力学性能，分析和探讨了表面残余应力对玻璃压痕参数以及表面力学性能变化的影响机理。结果表明，普通玻璃的压痕与钢化玻璃的压痕有明显的差别，钢化玻璃的压痕周围呈圆形放射状光斑，压痕裂纹很小，其硬度值比相同载荷下钢化前玻璃硬度值增加了约15．8％，压痕断裂韧性有明显的提高，是钢化前玻璃断裂韧性的2．75倍，显示了钢化后表面残余压应力对玻璃的压痕参数和力学性能的影响。     

对接焊缝残余应力的有限元分析

采用有限元方法数值模拟了对接焊缝残余应力大小和分布，计算结果与试验结果基本吻合，证明有限元方法是一种经济而有效地预测焊接接头残余应力的方法，可以为制定正确的焊接工艺，改善接头性能提供理论依据。     

残余应力对液压油缸缸筒承载能力影响的有限元分析

为了获得残余应力对液压油缸缸筒承载能力的影响规律,利用有限元的方法,建立了缸简的力学模型,通过计算获得了缸筒残余应力与载荷之间的关系,分析了残余应力对承载能力的影响。结果表明,残余应力在很大程度上影响着缸筒的承载能力,残余压应力可以抵消一部分载荷产生的应力,从而可以提高缸筒的承载能力,而残余拉应力刚好相反。所以适当的残余应力的存在有助于提高缸筒的承载能力。