钛合金TC4高速切削温度场数值仿真

利用专用有限元切削仿真软件,对钛合金TC4高速铣削温度场进行数值仿真。研究切削参数与刀具几何参数对刀具前、后刀面温度及其分布的影响规律。在设定的切削条件下,仿真结果表明:前刀面和后刀面随主轴转速、每齿进给量和径向切深的增加而有不同程度的温升,而轴向切深几乎不对切削温度产生影响;切削温度随刀具直径的增加而增加,但是随着刀具前、后角的增加,切削温度呈先增后减的趋势。     

绿色切削SiCp／Al复合材料的刀具温度研究

采用嵌埋人工热电偶的方法,通过正交试验研究了干切削SiCp／Al复合材料时切削参数对刀具前、后刀面切削温度的影响。选定切削参数,实验研究了干式切削、压缩空气风冷、油液浇注和MQL等冷却方式对前、后刀面切削温度的影响。试验结果表明,对于车削SiCp／Al复合材料,后刀面温度高于前刀面温度,进给量对刀具温度影响最显著,MQL切削条件下刀具温度最低。     

工件材料热导率对刀具前刀面最高温度的影响研究

为研究工件材料热导率对刀具前刀面最高温度的影响,建立了刀具前刀面温度分布模型,用数学解析的方法推导出了刀具前刀面的温升计算式及温度最高点的位置。并选取了几种代表性的工件材料进行解析计算,将解析计算结果与有限元仿真结果进行了对比分析,验证了切削温度最高点预测模型的有效性,分析了工件材料热导率对前刀面最高温度点的影响特点。     

涂层刀具硬态车削H13钢温度场模拟研究

基于有限元方法建立了H13钢硬态车削的仿真模型,应用Ti N、Ti C、Ti Al N、Al2O3涂层刀具对硬态切削H13钢在切削速度100-400m/min范围内的切削温度进行了模拟研究,重点分析了刀具前刀面上关键点的温度变化趋势及切削速度对该点温度的影响。仿真结果表明:涂层材料对切削温度产生一定影响,Ti C涂层刀具切削时温度最低;切削速度对切削温度有直接影响,切削速度越高,切削温度越高,越容易形成锯齿形切屑;刀具前刀面温度最高点出现在前刀面靠近刀尖的一点,即容易形成月牙洼磨损的位置。     

盾构切刀切削过程热力耦合分析

根据热传导理论、弹性力学变分原理及热应力理论,并考虑了切刀材料热物理参数随温度的变化,建立了切刀切削的温度场模型。结合Solidworks和Ansys软件,对掘进参数和切刀几何参数对切刀在切削过程中的热-应力耦合问题以及掘进参数和切刀几何参数对切刀的温度场和热-应力耦合场分布的影响进行了研究。结果表明:切削速度、切深以及切刀前角都对盾构切刀切削温度和应力有影响,切削速度、切刀前角的增加,都会使切削温度和应力增加;切削速度升高,切刀刀面、后刀面温度和应力变化不同,前刀面减小,后刀面增加。     

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。     

平面铣削刀具前刀面瞬态切削温度的研究

刀具切削温度对刀具寿命、刀具磨损等有重要影响。因此在实际加工之前预测出刀具温度,对合理选择切削参数、优化数控程序等均具有重要意义。平面铣削等断续切削过程的热条件不同于车削等连续切削过程。用数学物理方法建立了平面铣削过程刀具的一维传热学模型,用解析的方法预测平面铣削过程中刀具前刀面的温度分布,考虑了刀具切出时空气强化对流散热对刀具前刀面温度的影响。结果表明,刀具切入时间和切出时间对刀具温度有较大影响。用文献中断续车削刀具温度实验数据对铣削刀具前刀面温度的传热学预测模型进行了验证,结果表明二者趋势一致,但平面铣削预测的刀具温度略低于断续车削的刀具温度。     

基于实验Inconel718正交切削有限元仿真分析

为研究犁削效应和前刀面粘压对Inconel718切削过程的影响.基于正交切削实验建立Inconel718有限元切削模型,模型结果同实验值对比以验证模型可靠性.通过改变刀具圆角半径和负前角参数,提取并比较不同的切削力时域曲线和刀具温度,分析犁削效应和前刀面粘压.研究表明犁削效应提高进给力数值,刀具圆角半径由0变为5μm,Inconel718切削进给力均值提高7％：前刀面粘压提高刀具和切屑温度,有利于切屑分离.但刀具负前角为-20＆#176;,切削加工不稳定.     

基于ABAQUS仿真的圆弧形断屑槽断屑机理研究

断屑机理是机械加工中一个较为复杂的问题。利用有限元软件ABAQUS对GH4169材料的切削过程进行了建模与仿真,揭示了断屑槽的断屑机理,获得了两种不同前刀面刀具的仿真结果。提取不同条件下切削过程中应力、温度、切削力和总能量随时间变化的数据,通过对比分析表明,圆弧形断屑槽的刀具具有较好的切削性能。     

三维复杂槽型铣刀片切削温度与粘接破损研究

通过对难加工材料3Cr1Mo1/4V钢面铣加工的试验研究得出，在相同的切削条件下，波形刃铣刀片和大前角铣刀片的切削温度明显低于平前刀面铣刀片，抗粘结破损的能力较高：并证明切削速度越低、进给量越大，刀具的粘接破损越严重，最后给出了切削温度与前刀面最大粘结破损深度之间的重化关系，定性分析了切削温度对刀具粘结破损的影响规律。     

CBN车刀前刀面微沟槽结构磨削及其对干切削温度的影响

车刀前刀面的微沟槽结构可以改善切削性能,但是,超硬的CBN车刀表面微加工极为困难。因此,提出采用微磨削技术在CBN前刀面加工出深度为54μm的微沟槽结构,可实现钢的干切削。采用金属基的#600金刚石砂轮V形尖端沿着与切削刃成不同夹角方向在CBN车刀的前刀面上加工出微沟槽结构;通过升温试验分析前刀面温度与车刀尖端温度的相关性;对45钢进行干切削试验,研究微沟槽结构特征和切削条件对干切削温度的影响。结果表明,CBN车刀前刀面可被加工出规则和光滑的微沟槽结构。平行微沟槽结构和倾斜微沟槽结构比垂直微沟槽有更快的排热速度,可起到散热作用。前刀面的温度与车刀尖端的温度有极好的相关性,所以它可用于预测干切削的刀尖温度。可以证明,平行微沟槽结构车刀可以比传统平面车刀降低干切削温度约18%。但是,垂直和倾斜微沟槽结构车刀会产生更大的干切削温度,这是因为它们的微沟槽结构改变了切削刃的形状,造成刀具磨损。在较大切除率的干切削中,平行微沟槽结构CBN车刀能够更大幅度地降低刀尖的切削温度,造成非常小的刀具磨损。.     

基于DEFORM软件的刀具磨损对切削力与切削热的影响研究

基于DEFORM 2D/3D软件,通过硬质合金平头倒角立铣刀进行高速铣削AISI4340合金钢的仿真实验,在主轴转速1270r/min、进给速度104m/min、切削深度0.1mm的参数下,利用刀具的几何磨损模型和仿真模型模拟了不同刀具磨损类型对切削力与切削热的影响以及刀具二次磨损的主要位置。研究发现,刃口钝化对切削力的影响最大,其次为前后刀面磨损、后刀面磨损和前刀面磨损;后刀面磨损对切削热影响最大,其次为前后刀面磨损、刃口钝化和前刀面磨损。本研究促进了刀具的结构设计的发展和加工工艺的更优选择。     

等前角剐齿刀设计计算方法

针对目前剐齿加工生产中加工工件表面质量差,左右齿面加工精度不一致的问题,提出了一种等前角剐齿刀的设计计算方法。根据待加工工件齿面的几何特征和剐齿加工的运动关系,基于曲面共轭原理,求取工件齿面共轭面;选择球面作为初始前刀面,以无理论刃形误差为目标,采用齿面共轭面与初始前刀面的交线作为切削刃;根据切削前角一致性原则对初始前刀面进行再设计,沿切削刃构造前刀面;通过模拟刃磨,求取一系列无理论刃形误差的切削刃,依次构造后刀面,最终获得完整的具有相等切削前角的剐齿刀具;通过计算实例验证该设计计算方法的可行性和有效性。     

表面织构在刀具上的结构设计与分析

基于仿生摩擦学原理,运用有限元分析软件Deform-3D分别对普通成型车刀和具有微结构的车刀进行模拟切削仿真。分别得出正常刀具前刀面和具有微结构刀具前刀面的磨损情况、切削力大小、切削温度及应力应变的分布情况并进行比较分析。并提出微量润滑与微结构双重效应的刀具减磨技术。     

标准麻花钻建模及锥面刃磨法的参数优化

利用三维软件Pro/E对标准直线主切削刃麻花钻进行建模。以逆向推导的方法形成麻花钻前刀面及螺旋槽部分。再采用锥面刃磨法刃磨出后刀面、主切削刃及横刃,改变刃磨参数得到不同的钻尖几何参数。在三维软件中通过建立适当的基面和相应的切线。就可以测得麻花钻主切削刃上不同点的后角和前角。根据测量数据绘制主切削刃上不同点前角和后角的变化曲线。讨论锥面刃磨法中半锥角δ和轴间角θ这两个刃磨参数对麻花钻后角和前角的影响。对麻花钻刃磨参数中半锥角δ和轴间角θ影响麻花钻几何角度的变化进行分析讨论。     

TiN涂层刀具切削高锰钢的磨损破损研究

研究奥氏体高锰钢切削过程中TiN涂层硬质合金刀具的磨损、破损机制,测量了切削温度并得出后刀面磨损量与 切削时间和切削速度的关系曲线,以及刀具前、后刀面显微磨损、破损形貌和化学变化。结果表明,TiN涂层硬质合金刀 具切削奥氏体高锰钢时耐磨性优于单一硬质合金刀具,且适于低速切削(小于30m/min)。     

刀具前角对高速切削刀具应力及温度影响的模拟研究

利用非线性有限元分析软件,对高速切削AISI 4340刀具应力进行仿真研究,分析不同刀具前角对刀具应力及温度的影响。针对所选用的几个角度,有限元分析结果表明,当刀具前角为-10°时,刀具前刀面应力分布相对均匀,而温度随刀具前角的减小而减小。     

金属切削刀具后刀面的切削热研究

在以往的金属切削热研究中,认为刀具后刀面处产生的切削热很小而被忽略。文章应用平面热源法,建立了刀具后刀面与工件摩擦面的切削热模型,推导了该摩擦面的切削热分配和切削温度理论计算公式,对影响后刀面切削热的主要因素进行了分析。研究结果表明,当刀具后刀面磨损带宽度达到一定程度时,则刀具后刀面处产生的切削热不能忽略。     

钛合金铣削过程刀具前刀面磨损解析建模

钛合金Ti6Al4V作为典型的航空航天难加工材料,在其铣削过程中硬质合金刀具的磨损会降低加工过程稳定性,进而影响加工效率和已加工表面表面质量。刀具前刀面磨损会导致刀具刃口强度降低,并影响切屑的流向和折断情况。针对前刀面磨损机理进行分析并构建了月牙洼磨损深度预测模型。首先运用解析方法构建了前刀面应力场模型,得到切屑在前刀面滑动过程中的刀具前刀面应力分布情况及磨损位置。基于刀-屑接触关系的基础上建立了前刀面温度场模型。然后,基于所得刀具前刀面应力与温度分布,构建综合考虑磨粒磨损、粘结磨损与扩散磨损的铣刀月牙洼磨损深度预测模型,获得月牙洼磨损预测曲线;结合铣刀月牙洼磨损带沿切削刃方向分布的特点,建立了随时间变化的铣刀前刀面磨损体积预测模型。最后通过试验验证了切削宽度对前刀面磨损的影响规律,预测结果与试验测量值具有较好的吻合性。结果表明随着切削宽度的增加,月牙洼磨损深度及前刀面磨损体积都随之增加。研究结果为钛合金铣削用刀具的设计和切削参数的合理选择提供了理论基础。     

铣刀切削刃曲率对刀具磨损的影响研究

切削加工时,刀具磨损对工件加工质量影响较大。刀具切削刃曲率改变,最大有效切削弧长和最大铣削面积随之变化,散热条件和产生的热量也发生变化,进而影响到刀具的磨损程度。采用螺旋角为0°的直刃鼓形铣刀,研究铣刀切削刃曲率对刀具磨损的影响,研究时只改变刀具参数中的母线半径(即切削刃曲率)。选择5组母线半径/切削刃曲率,计算对应5组数据的最大有效切削弧长和最大铣削面积;采用Deform-3D软件对鼓形铣刀5组母线半径/切削刃曲率的刀具前刀面磨损进行仿真和铣削试验,观测刀具磨损情况。研究结果表明,刀具前刀面磨损随着切削刃曲率半径的增大而增大。