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。     

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。     

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。      

钛合金高速铣削加工表面残余应力的模拟研究

采用有限元法建立了更接近实际的铣刀结构模型及三维铣削模型,对不同刀具参数和切削参数条件下高速铣削钛合金Ti6Al4V的表面残余应力进行了仿真分析,得到了各因素对表面残余应力分布的影响规律。结果表明:工件的残余应力在表层由拉应力迅速的转变为压应力,在100~200μm之间出现残余压应力的最大值。工件表层残余应力随刀具前角、切削速度和每齿进给量的增加而减小,切削深度对表层残余应力的影响不是很明显。     

基于DEFORM-3D的微织构刀具切削性能仿真分析

现代摩擦学和仿生学证实,具有一定非光滑形态的高性能的表面织构有更好的抗磨减摩性能。通过Solidworks对仿生织构PCD刀具进行了三维建模,利用DEFORM-3D有限元分析软件,对无微织构和有微织构(凹坑、沟槽)PCD刀具在相同条件下进行了三维切削仿真,结合其切削力、切削温度进行切削性能分析。结果表明,一定尺寸的凹坑、沟槽微织构可以有效改善刀具在切削过程中的应力分布情况。然后,采用激光加工方法在刀片的前刀面置入不同微织构,在CA6136车床上进行切削实验。试验发现:干切削条件下,沟槽型微织构刀具切削铝合金工件的表面质量要优于无织构刀具。     

微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

目的 为了提高7075航空铝合金的使用性能,将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合,形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺.方法 通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法,对7075-T6航空铝合金进行切削试验,分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响.结果 在切削参数相同的情况下,微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7％～13.2％,显微硬度增加了1.13％～2.35％,工件表面残余应力变为压应力,最大数值稳定在–10.84 MPa,加工工件表面形成了较为统一、规整的"鱼鳞网纹"织构形貌.其中,加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系,而与铣削深度、每齿进给量成正相关.加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大,而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著.结论 相比微织构刀具铣削,微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性.     

微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响,在聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15,分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明:微沟槽改善了刀具的切削性能,主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具;进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大,主切削力表现为先减小再增大;用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具,表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件;随着主轴转速增加,微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。     

新型微坑车刀切削AISI4140残余应力影响因素分析研究

为了探究切削用量对新型微坑车刀切削工件表面残余应力的影响规律,应用AdvantEdge切削仿真软件,结合单因素和正交实验,通过微坑车刀和原车刀切削AISI_4140仿真及实验验证。结果表明,原车刀和微坑车刀残余拉应力随切削速度增大,先增大后减小,随进给量的增大而减小,总体上,微坑车刀切削工件残余拉应力更小。残余压应力随切削速度增大,微坑车刀切削工件先增大后减小,随进给量增大先增大后减小。原车刀几乎不变。切削用量对微坑车刀切削工件残余应力影响,进给量最大,切削速度次之,切削深度最小。通过实验验证,相同切削条件下,微坑车刀降低了加工工件表面残余拉应力,提高了加工工件表面质量,一定程度提高了工件的服役寿命。     

微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究（英文）

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力。利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响。结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低。在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能。     

微织构刀具DEFORM-3D切削性能仿真分析及实验研究

运用DEFORM-3D仿真软件对YG8硬质合金微织构刀具的切削性能进行仿真分析,研究了YG8硬质合金刀具在沟槽微织构、凹坑微织构和无微织构3种表面微织构下的切削温度和切削应力.利用激光加工技术对YG8硬质合金刀具表面进行沟槽微织构的加工,运用该刀具对铝合金进行切削实验,分析微织构对刀具切削性能的影响.结果表明:微织构刀具产生的切削热更少,与切屑间的摩擦力更低.在一定的润滑条件下,微织构刀具具有更好的切削性能.     

涂层硬质合金刀片微槽微织构复合设计

文章在涂层硬质合金刀片前刀面切屑刃近域微槽设计基础上,为了更好的降低刀片的切削温度,设计了(条纹型、波纹型、梳齿形)三种微织构形式,并将之与微槽复合形成刀具前刀面微结构造型,通过DEFORM3D仿真实验,研究了三种微织构参数对降温效果的影响,分别优选出三种微槽微织构复合刀具,并对比分析所优选出的三种微槽微织构复合刀具与原刀具及微槽刀具切削力及已加工表面残余应力。研究表明:新的微槽微织构复合设计均具有一定的降温效果,梳齿形微槽微织构降温效果最好;波纹型微织构的置入能够有效减低刀具的切削力,减少切削热的产生,而条纹型微织构的置入可以有效减少切削热向刀具的传递,从而降低刀具切削温度;与原刀相比,优选出的三种微槽微织构刀具能够有效增大工件表层的残余压应力。     

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。     

微织构铣刀干铣削RuT500切削性能研究北大核心

为探究微织构对刀具加工蠕墨铸铁RuT500切削性能的影响,改善RuT500的可加工性,利用激光技术在刀具前刀面制备了3种形式的微织构并通过单因素试验方法,在不同切削速度下将微织构刀具和无织构刀具对RuT500进行铣削加工,对比分析了微织构的方向和类型在加工中切削性能的差异。结果表明,表面微织构可以有效降低切削力,改善切屑形态和工件表面质量,在一定程度上降低了前刀面磨损;3种微织构在部分相同切削速度下对切削性能的影响有较大差别;切削速度较大时,微织构更有利于RuT500的切削加工。在3种微织构中,以平行于主切削刃的沟槽织构刀具切削性能最优。     

硬质合金微坑车刀切削304不锈钢残余应力有限元仿真

为了研究硬质合金微坑车刀对304不锈钢表面残余应力的影响规律,采用有限元仿真平台建立二维切削模型,用不同切削参数车削304不锈钢,得到切削参数对切削力、切削温度及残余应力分布的影响规律。研究结果表明:表面残余拉应力和里层残余压应力随切削速度的增大均先增大后减小,而随着进给量的增大,表面残余拉应力逐渐减小,里层残余压应力逐渐增大。     

预应力硬态切削加工表面残余应力的数值模拟与试验研究

为研究预应力硬态切削过程中预应力条件对已加工表面残余应力的影响规律,建立热力耦合、平面应变的预应力正交切削有限元模型,并结合有限元软件MARC的网格重划分功能,对PCBN刀具预应力车削轴承套圈材料GCr15(HRC62)的加工表面残余应力进行了数值模拟,同时进行了试验研究.结果表明,预应力切削方法能主动控制加工表面残余压应力的状态,从而提高轴承零件的疲劳寿命;而且随着施加的预应力的增大,表面残余压应力的大小和分布层深都显著增加.     

船用柴油机缸盖高速切削加工表面残余应力的分析和模拟

为了降低船用柴油机缸盖高速切削表面残余应力,提高表面加工质量,文章基于仿真分析方法,研究了不同切削要素对船用柴油机缸盖高速切削表面残余应力的影响。首先,使用J-C本构关系及其断裂准则建立了材料失效破裂模型;其次,基于Abaqus有限元法建立了船用柴油机缸盖二维高速切削有限元模型,进而探究了不同切削速度、切削深度、刀具角度下缸盖表面残余应力变化规律。研究表明:合理选择切削速度、切削深度、刀具角度能够有效地降低船用柴油机缸盖高速切削表面残余应力,提高产品加工质量。     

表面织构对GCr15淬硬轴承钢切削过程影响分析

针对GCr15淬硬轴承钢切削过程中由于切削力大、切削温度高而导致的刀具磨损加剧问题,在工件表面预置织构,通过有限元仿真结合正交试验对切削过程进行模拟,并通过信噪比分析方法进行优化分析,利用极差分析、方差分析确定最优切削参数组合以及切削参数对于切削力以及温度的影响程度。切削仿真结果表明:切削速度120 m/min、进给量0.05 mm/r、切削深度0.1 mm为最优切削参数组合。在最优切削参数条件下,通过对表面织构GCr15轴承钢进行切削仿真模拟,得到切削力以及切削温度的仿真结果。将表面织构和无表面织构的切削仿真模拟结果进行对比,结果表明表面织构切削仿真的切削力及切削温度都得到有效降低,有利于减少刀具磨损,提高刀具寿命。     

基于微磨削方法的微织构刀具制备与切削性能研究

目的研究表面微织构对硬质合金刀具切削性能的影响。方法采用微磨削方法在硬质合金刀具前刀面加工出具有不同结构参数的横向、纵向和交叉微织构,通过AL6061切削试验和有限元切削仿真,研究表面微织构对硬质合金刀具的切削温度及刀具磨损的影响。结果采用V形金刚石砂轮微磨削方法能够加工出几何形状规则且表面质量良好的表面微织构。与无织构刀具相比,微织构刀具的切削温度明显降低,高温区域明显减少,其中横向织构刀具降温效果最为显著。微织构刀具的切削温度随沟槽间距的增大而升高,沟槽间距为150μm时,切削温度最低。表面微织构能够有效减轻刀具前刀面的粘结磨损,横向织构刀具减摩抗粘效果最好,且采用较小的沟槽间距更利于减轻刀具的粘结磨损。随着切削速度的增加,表面微织构的抗粘结作用更加明显,当切削速度为150 m/min时,沟槽间距为150μm的横向织构刀具的切屑粘结面积最小。结论在横向、纵向和交叉织构刀具中,沟槽间距为150μm的横向织构刀具切削性能最好,即降温效果、抗粘结性能最为显著。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

切削条件对淬硬钢已加工表面白层形成的影响

高速切削淬硬钢已加工表面存在白层,对工件使用性能具有很大的影响,研究已加工表面白层对改善工件表面质量和切削加工性具有重要意义。通过使用PCBN刀具高速干硬切削GCr15钢和40Cr Ni Mo A钢实验,分析了高速干硬切削过程中已加工表面产生白层的条件,研究了切削速度、后刀面磨损量等切削参数以及材料含碳量对白层厚度的影响规律。研究表明:已加工表面白层厚度随切削速度提高呈现先增加后减小趋势,随刀具磨损量增加而增大;随着工件材料含碳量增加,白层厚度增大。