基于有限元理论分析切削振动对CBN刀具磨损的影响

研究用CBN刀具切削钛合金Ti-6Al-4V材料时，切削振动对刀具磨损的影响情况。用有限元分析技术，设计正交试验，分析不同方向切削振动幅度和振动频率对刀具表面应力、刀具温度的影响，研究切削振动条件下的刀具磨损情况。有限元仿真结果表明:X方向振动对刀具表面应力和温度影响较小，且规律性影响不明显，因此X方向振动并未加重刀具磨损；Y方向振动对刀具表面应力和温度影响较大，刀具表面应力和温度随着Y方向振动幅度和频率增加而增大和升高，刀具磨损加重；当X方向和Y方向均存在振动时，刀具表面应力和温度也随着振动幅度和频率增加而增大和升高，刀具磨损严重。利用实际切削试验对有限元分析结果进行验证，发现振动对刀具磨损影响较大，与有限元分析结果基本一致。      

PCBN刀具干车淬硬钢时倒棱前角对切削力和刀具磨损的影响

PCBN刀具磨出负倒棱是为了加强刀具的刃口强度，以减少刀具加工时可能出现的破损情况。本文通过对PCBN刀具加工淬硬轴承钢GCr15的一系列试验数据加以分析，得出倒棱前角和切削力、刀具磨损之间的关系，进而得出在实际加工情况下应该采用的最佳倒棱前角值。试验表明：当倒棱前角取15度且切削速度为125m／s时，刀具具有最好的加工效果，不但切削力可以达到最小值，刀具磨损最轻，而且刀具寿命也达到了最大值。     

Effects of random aspects of cutting tool wear on surface roughness and tool life

The effects of random aspects of cutting tool flank wear on surface roughness and on tool lifetime, when turning the AISI 1045 carbon steel, were studied in this investigation. It was found that standard deviations corresponding to tool flank wear and to the surface roughness increase exponentially with cutting time. Under cutting conditions that correspond to finishing operations, no significant differences were found between the calculated values of the capability indexC _p at the steady-state region of the tool flank wear, using the best-fit method or the Box-Cox transformation, or by making the assumption that the surface roughness data are normally distributed. Hence, a method to establish cutting tool lifetime could be established that simultaneously respects the desired average of surface roughness and the required capability index.     

铝合金杯类零件双面及侧面成形工艺研究

对于2A12铝合金阶梯形杯形件的塑性成形,传统工艺是由每一级的台阶单工序成形,积累为最终的多阶梯成形,由于多次加热、多套模具、多道次挤压、多道次定位放置的误差积累会造成尺寸精度低、能耗高、效率低、模具导柱和导套不耐高温的缺陷。对于杯形件的侧壁直肋与台阶外形,用传统工艺挤压内、外圆角(小于R0.5mm时)很难完成。通过有限元模拟和工艺优化,本文采用凹模内不脱模连续挤压、控制流向顺序的方法,以及采用十字键模口导向结构,形成了一次加热、一次放置毛坯成形多台阶、小圆角的新工艺。该工艺缩短了工时,提高了产品性能和材料利用率,为小圆角多台阶类型的零件实现短流程的挤压工艺转化提供了参考依据。     

PCBN刀具切削镍基合金时的氧化与扩散磨损分析

通过切削试验研究PCBN刀具切削镍基合金的磨损机理,结合物质吉布斯自由能函数法分析了刀具前、后刀面氧化磨损的反应发生机理的差异性,得出发生氧化磨损的主要氧化反应方程式;并运用热力学溶解理论模型计算氮化硼在镍基合金不同元素中的溶解度,得出前、后刀面扩散磨损过程发生机理的差异性。结果表明:刀具的前、后刀面都发生严重的氧化磨损和扩散磨损,元素的扩散溶解加剧了扩散磨损的发生。      

铝合金中厚板的数控等离子切割工艺

在雷达电子领域,铝合金材料应用广泛。针对铝合金中厚板(8~100 mm)下料存在切割效率低、材料利用率低的问题,进行数控等离子切割技术的工艺试验,分析切割速度、切割路径等工艺参数对切割效率和加工余量的影响,并提出解决措施,为实际应用中合理选择数控等离子切割工艺参数提供参考。     

基于正交切削模型的铣削加工残余应力预测方法

提出了一种基于正交切削模型的铣削加工残余应力预测方法.针对直齿圆柱铣刀建立了铣削加工的平面应变有限元模型,并通过分段曲线限定不同温度下应力与应变间的关系,详细表明材料的加工硬化规律.有限元模型采用相关的实验数据进行了验证.在铣削用量确定的前提下,通过对航空铝合金70507451进行加工模拟,研究了直齿圆柱铣刀前角对已加工表面残余应力的影响.     

钛合金TC4切削过程流动应力模型研究

运用有限元技术对切削过程进行仿真可以预测切削力、切削温度、应力分布,优化刀具参数和切削条件。建立适合于切削条件中大应变、高应变率条件下材料的流动应力模型,是切削过程有限元仿真的关键技术。文章通过正交切削实验和有限元迭代的方法,修正了难加工材料TC4在大应变、高应变率条件下的J-C流动应力模型,使修正模型能够适应切削仿真中的大应变、高应变率要求。计算结果表明,采用新的J-C流动应力模型进行计算,所得主切削力值与实验测量值的平均误差从36.28%降为12.06%,进给力的平均误差由原来的61.03%降为现在的25.57%。该修正的流动应力模型比用霍普金森实验所得到的流动应力模型更适合于切削过程的有限元仿真,可以提高切削仿真的计算精度。     

铝合金大型锻件淬火过程的有限元模拟

采用Deform V11有限元软件,计算了T形7N01铝合金锻件的表面综合换热系数,仿真模拟了锻件淬火过程中的温度场、应力场与形变位移变化规律,分析了温度与热应力对锻件淬火形变的影响与作用机制。结果表明,淬火初期因温度梯度(最大温差达225 ℃)与热应力巨大差异,锻件肋板一侧在淬火时间为10 s时产生了最大程度的弹性与塑性变形,远大于无肋一侧,弯曲曲率增大;淬火中期锻件主要发生弹性形变,厚度大的肋板一侧收缩变形加剧,曲率变小,50 s时锻件基本不再变形;淬火后期阶段热应力趋于零,锻件冷却产生微量弹性形变,淬火结束后,锻件整体产生趋向肋板一侧的塑性弯曲变形,曲率半径大于加热前。     

铝合金钻杆材料生产工艺及磨损研究进展

综述了国内外主要的石油钻杆用铝合金的化学成分、物相组成及性能特点;介绍了铝合金钻杆的生产工艺,重点阐述了其独特的挤压成形、淬火、矫直及装配工艺,探讨了不同使用工况下铝合金钻杆的磨损机理。最后,指出铝合金钻杆研发是一个涉及材料、装备、工艺的系统工程,我国开发石油钻杆用铝合金材料应以Al-Zn-Mg系铝合金为基础,着力解决其热强性差、挤压成形后横向性能差等关键问题,并根据使用工况有针对性的设计其耐磨性能。     

Residual stresses and strains in orthogonal metal cutting

The finite element method is used to simulate and analyze the orthogonal metal cutting process under plane strain conditions, with focus on the residual stress and strain fields in the finished workpiece. Various modeling options have been employed. The frictional interaction along the tool-chip interface is modeled with a modified Coulomb friction law. Chip separation is modeled by the nodal release technique based on a critical stress criterion. Temperature-dependent material properties and a range of tool rake angle and friction coefficient values are considered. It is found that while thermal cooling increases the residual stress level, the effects of the rake angle and the friction coefficient are nonlinear and depend on the range of these parameters. The predicted residual stress results compare well with experimental observations available in the literature.     

铝合金高速铣削过程切屑成形机制研究

高速铣削加工中,切削力、切削热和机床振动等被广泛研究,而对切屑的研究相对较少.本文针对立铣刀高速铣削的特点,对切屑的成形进行了研究.根据理论分析,在UG环境下对切屑进行了绘制,其形状与实际切屑基本吻合,证明了研究方法的可靠性.通过切屑的研究反馈设计过程,对立铣刀的结构设计提供支持.     

PCBN刀具干湿切削加工淬硬钢时的磨损对比

本文研究了在一定切削参数下干、湿式切削加工淬硬钢时四种PCBN刀具的刀具寿命、磨损形式和磨损机理。通过扫描电子显微镜观察不同切削行程下刀尖形貌和刀具后刀面磨损量,并对刀具前后刀面进行能谱分析。结果表明湿式切削时的后刀面磨损量小于干式切削,说明刀具湿切比干切时具有较好的性能;PCBN刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损,其中前刀面磨损的表现形式为月牙洼磨损,磨损机理为机械磨损、氧化磨损和黏结剂磨损,而后刀面磨损机理有机械磨损、氧化磨损、黏结剂磨损和扩散磨损等;同时还发现CBN含量下降,刀具的后刀面磨损量也有下降趋势,即刀具的切削寿命有延长趋势。     

7050铝合金残余应力冷变形消减工艺仿真研究

实测了7050铝合金热物性参数得到了高温应力-应变曲线及淬火过程温度变化曲线,构建了7050铝合金热处理和冷变形工艺仿真模型,分析了7050铝合金试块固溶淬火、冷压过程的应力变化.结果表明:残余应力累积主要产生在固溶淬火阶段,淬火后残余应力为外压内拉状态.随着淬火温度的降低,试块心部拉应力有所提高.单向压缩后,心部的三...     

精切铝活塞环槽过程中刀具对环槽两侧面的熨压研究

文章分析了活塞环槽精切加工过程中刀具磨损对环槽两侧面的挤压与微切削过程的影响,研究和探讨了刀具两侧副后刀面对环槽两侧面熨压的三个阶段的熨压机理.     

7050铝合金单/双级淬火试验研究

基于末端淬火装置研究了7050 铝合金单/双级淬火过程中的喷水压力和流量密度对试样冷却规律、微观组织与残余应力的影响。结果表明,喷水压力和流量密度增大均能够加快冷却速率,冷却速率明显影响试样内部的再结晶与第二相析出;淬火试样表层残余压应力和心部残余拉应力在喷水压力和流量密度的增大到一定程度时存在残余应力的极小值,当流量密度为130 L•m^-2•s^-1,喷水压力为200 kPa时,冷却速度与残余应力的耦合控制最佳;双级淬火延长了试样在换热系数最大温度范围内的持续时间,提高了试样的冷却速度,冷却效果优于单级淬火工艺。     

局部激光表面处理对7075铝合金残余应力的影响

结合激光表面处理技术和＂局部工程＂的概念,采用局部激光表面处理方法对7075铝合金进行激光表面处理,以期得到合适的残余应力场,提高7075铝合金的疲劳性能。并结合有限元技术,基于ANSYS计算软件,对激光表面处理过程进行了模拟计算,得到了不同激光处理工艺下的残余应力场分布。     

不同参数对铝合金枝杈类构件金属流线的影响及优化

通过有限元模拟软件,分析了不同参数对某铝合金枝杈类构件金属流线的影响,分析了该构件在成形过程中金属流线缺陷形成的原因.通过对坯料的高径比、挤压速度和摩擦因子3个参数进行优化,确定了最佳金属流线分布的成形方案.研究结果表明:适当增大坯料与模具之间的摩擦,可控制后期径向金属流动量和流动速度,从而有效地避免穿流缺陷的产生;较...     

Study on wear behavior of plasma electrolytic oxidation coatings on aluminum alloy

Thick and hard ceramic coatings were fabricated on A356 aluminum alloy by using plasma electrolytic oxidation(PEO) technique.The microstructure and phase composition of the PEO coatings were examined by using SEM and XRD method.It is found that the PEO coatings are mainly composed of crystalline α-Al2O3 and mullite.The dry sliding wear test of PEO coatings were carried out on a ring-on-ring wear machine.Results shows that there is hardly no wear loss of polished PEO coatings while the wear rate of uncoated aluminum alloy is 4.3×10-5 mm3·(N·m)-1 at a speed of 0.52 m·s-1 and a load of 40 N.     

基于有限元仿真的5083铝合金支架超塑性差温拉深

为提供试验依据,应用IA软件计算零件毛料尺寸,导入MSC.Marc软件模拟超塑差温拉深,并依据模拟结果优化毛料尺寸。模拟中温度分若干梯度,假定材料同梯度内同力学性能,利用二次开发将各梯度材料本构关系植入模拟,获得5083铝合金支架超塑差温拉深成形工件及壁厚分布,其结果与试验吻合良好,且较恒温拉深理想。讨论了成形温度梯度宽对差温拉深模拟结果的影响。