TC4钛合金圆弧形槽切削加工刀具仿真及设计

深海钻铤回路块材料为TC4钛合金,该圆柱形回路块侧面需要铣削4个圆形槽.针对TC4钛合金圆弧形槽的加工,设计一种以W18Cr4V高速钢为基体的切削刀具,并基于热-弹塑性有限元理论建立刀-工有限元切削加工三维模型.对钛合金表面产生的切削力进行仿真计算和预测,通过优化高速钢刀具参数,设计出四刃钛合金铣削刀具,使用此刀具加工...     

基于DEFORM的整体CBN刀具切削钛合金的有限元分析

利用DEFORM-3D有限元软件对整体CBN刀具车削钛合金进行了三维仿真,采用单因素试验法模拟分析CBN刀具车削钛合金时切削速度、背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响。仿真结果表明:对切削力影响最大的是背吃刀量,其次是进给量,切削速度的影响最弱。切削温度方面,切削速度对其影响最大,背吃刀量最小。     

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。     

涂层硬质合金刀具切削钛合金仿真研究

采用Abaqus/Explicit显式有限元分析软件,通过建立不同膜厚以及不同的过渡层比例的涂层刀具,来进行正交切削TC4过程的计算机仿真。通过TC4钛合金材料的二维正交切削过程的仿真,得到并研究了切削过程中涂层刀具应力及温度的分布,同时通过对比不同膜厚以及不同的过渡层比例的涂层的刀具的模拟结果,系统地分析了涂层对切削过程主切削力的影响。此外,通过对有限元仿真的结果分析,为刀具涂层厚度及过渡层比例的优化,以及之后的刀具涂层制备实验工艺提供了重要参考。     

刀具表面微结构对流体润滑状态的仿真分析

为探讨刀具表面微结构的润滑情况和减摩机制,使用流体软件FLUENT仿真分析刀-屑接触面间润滑流体的流动情况,研究不同微结构面积率、深度及形状参数下润滑流体的压强分布、承载力、入口质量流速等,得到微结构优化参数;同时分析油膜上壁面运动速度及油膜厚度对润滑性能的影响。结果表明:随微结构区域面积率的增加,动压效应先增大后减小,总承载力持续下降;随着微结构深度的增加,总压承载先增大后趋于稳定,但动压效应总体趋于减小;正方形凹坑的总压承载情况较好,直沟槽的动压承载最好,波浪形沟槽的动、总压承载都较好;随着油膜厚度的增加,总压呈现下降趋势;随着油膜上壁面运动速度的增加,入口质量流速急剧增加,油膜上壁面的总压承载变化很小,动压承载急剧减小。优化的微结构可以减小刀-屑界面的摩擦,延缓刀具磨损,且切削速度和油膜厚度的选择可指导实际加工参数的设定。     

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。     

CBN刀具正交切削钛合金温度场的有限元分析

应用ABAQUS/Explicit软件建立了钛合金Ti6Al4V的二维正交切削模型,采用温度—位移耦合分析步,研究了CBN刀具二维正交切削Ti6Al4V时切削参数及刀具前角对切削温度的影响。研究结果表明,切削速度、切削厚度的增大均会使切削温度升高,其中切削速度对切削温度的影响最大,切削厚度次之;切削温度随着刀具前角的增大而降低,但当前角继续增大至20°后,切削温度略有上升。切削区高温分布区域随切削速度的增加而有所减小,随着切削厚度的增加,切削区高温分布区域增加。     

基于DEFORM 3D的钛合金高速车削有限元仿真

应用DEFORM 3D软件对钛合金高速车削进行仿真研究,分析了不同切削参数下切削力和切削温度的规律,研究发现背吃刀量和进给量对主切削力的影响较大,切削力与主切削力变化基本一致,切削速度对主切削力的影响不明显,但后者对切削温度具有显著影响;研究了工件和刀具温度场的变化规律以及工件所受应力和刀具的磨损情况,发现最高温度出现在切削刃邻近2mm区域内,且温度最高处刀具磨损程度最大,工件最大应力在第一变形区和工件接触区邻近。     

切削刀具刃口钝化复合结构优化设计

提出和建立了面向刀具刃口钝化结构研究的三维铣削加工有限元仿真模型,研究了材料本构关系模型有限元仿真关键技术;进一步进行了切削验证实验,结果表明所建立的有限元模型是正确的;最后,以钛合金加工为例,利用有限元模型,针对倒棱刃、消振棱刃、白刃三种刀具刃口型式,对不同刃带宽度和不同刃口型式下的切削效果进行了比较和分析。研究结果表明:倒棱刃口型式与圆弧钝化结构是最佳匹配的,倒棱与钝圆形成的复合结构是切削钛合金的最优刀具刃口微结构。     

基于Deform的切削加工有限元仿真分析

采用有限元软件Deform仿真整个车削加工过程,分析在加工过程中的重要参数因素,进而为实际的车削制定合适的加工参数。模拟结果表明,正常切削时,刀具上的载荷在某一个平衡值附近来回波动,而切削热主要集中在切屑中,及时去除切屑,可以大幅度地降低工件的温度。     

基于AdvantEdge仿真的刀具几何参数对钛合金Ti6Al4V切削力的影响研究

利用切削仿真软件Advant Edge对高速切削Ti6Al4V切削过程进行有限元模拟,研究了切削速度为200m/min、切削深度为0.085mm时刀具几何参数(前角γ_o、后角α_o、钝圆半径r_ε)对切削力的影响。通过分析计算求得切削力随刀具几何参数变化的一阶响应面数学模型,实现了利用刀具几何参数对切削力的预测,并通过误差计算和方差分析证明了预测模型的有效性。研究发现,在给定的参数变化范围内,刀具几何参数对_影响作用的大小顺序为前角γ_o钝圆半径r_ε后角α_o;对F_z影响作用的大小顺序为钝圆半径rε前角γ_o后角α_o。     

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。     

表面微坑织构刀具结构强度的有限元仿真

在月具前刀面置入微织构能够改善刀屑间的摩擦状况,提高刀具的切削性能.为了研究表面织构的置入对刀具的应力、变形等产生的影响,本文针对微坑阵列结构,通过有限元软件ABAQUS对表面微坑织构刀具的结构强度进行仿真.结果表明:微坑的置人在一定程度上降低了刀具强度,增大了刀尖变形.在本文的研究范围内,与微坑深度、间距相比,微坑直...     

基于有限元仿真的拼接模具铣削用刀具优化

对ABAQUS软件进行了二次开发,以实现拼接模具铣削过程仿真前处理的快速建模。对铣削力、应力和刀具温度进行仿真,并与铣削实验结果对比,验证了仿真模型的准确性。对不同前角、后角、螺旋角及刃口半径的球头铣刀铣削拼接模具的过程进行模拟仿真,采用遗传算法优化铣刀结构,将优化后的结构参数与传统结构参数代入刀具磨损、工件表面质量的对比实验,从而验证了优化的有效性。研究表明,对仿真前处理进行快速建模的二次开发运行成功,模拟结果准确。研究结果为降低制造成本、提高铣刀寿命和工件表面质量提供了理论参考。     

基于有限元的剃齿刀结构仿真研究

提出了剃齿刀结构三维模型设计思想,利用有限元软件ANSYS对剃齿刀结构进行了受载条件下的应力应变模拟。研究了刀齿齿根应力和应变的分布规律,提出了刀齿齿槽结构的改进方案。结果表明:采用改进的齿槽结构可以使刀齿齿根最大应力降低36%,刀齿齿根最大应变降低20%。     

传感器载体刀柄的结构设计

结构优化设计是一种寻找、确定最优设计方案的技术。最优设计方案也就是一种最有效的方案,是现代工程设计的重要组成部分。结构设计是指在保证正常功能的前提下,采用恰当的结构形式,设计最优的尺寸和结构。以往的设计过程中,研究人员按照自己的知识和经验,多次不间断地进行选择、验算、采样和核准,直到达到设计所要求的标准。优化设计则是一种在既定的条件下和某种理论验证保障的前提下,在多种方案中去验证可行方案的设计思想。本文在运用有限元分析的基础上完成了传感器载体刀柄的结构设计。     

基于功能表面的尺寸公差设计自动化的研究

依据产品概念结构设计中的公差进化模型和算法,结合由功能表面组成的功能模式研究了尺寸公差设计。给出了搜索局部尺寸链和全局尺寸链的方法,实现了概念设计阶段的尺寸公差设计的自动化,为以后的详细设计提供了参考。     

基于正交切削模型的铣削加工有限元仿真

以铲齿成形铣刀的使用寿命为优化目标,对刀具的几何角度、切削用量进行模拟研究。建立正交铣削加工模型来模拟仿真铣削过程,并对切削加工过程中所得到的一些基本物理量进行分析和讨论。从理论深度上把握切削加工的状态,为建立合适的加工工艺策略提供理论和技术上的支持。