超声振动切削铝合金表面残余应力的有限元仿真

针对航空铝合金结构件加工的表面质量问题,利用有限元软件ABAQUS建立了基于Johnson-Cook本构的铝合金7050-T7451二维正交热力耦合模型。在相同的切削参数下,比较了传统切削、横向(即切削方向)振动切削和纵向(即轴向)振动切削加工的表面层残余应力,并研究了超声振动切削参数、振动频率、振动幅值下,对残余应力的影响规律;通过引用相关文献残余应力的实验数据,验证了仿真模型的正确性。研究结果表明:3种切削方式的表面残余应力均为压应力,沿深度方向向残余拉应力过渡,并且振动切削可以明显提高工件表面的残余压应力;表面残余压应力随切削速度和切深的提高而减小,表面残余压应力随着振幅或频率的增大而逐渐增大。     

金属二次切削残余应力的有限元分析

残余应力是影响构件表面完整性的重要因素,合理分析和研究连续切削状态下构件表面的残余应力,对现实生产有很大的指导意义。本文通过建立二次切削有限元模型,将一次切削完成以后的应力、应变场作为初始边界条件加载到二次切削过程中,运用可靠的材料模型及切屑分离手段,合理施加位移和速度边界条件,对金属二次切削过程进行数值模拟,得出了不同切削次序、切削深度和刀尖圆角半径对工件表面残余应力的影响规律。这对进一步研究连续切削过程及机械加工的表面完整性具有较高的参考价值。     

切削加工表面残余应力研究综述

随着高性能制造技术的发展,对零部件的加工质量提出了更高的要求,已加工表面残余应力作为表面加工质量的重要指标,对机器零部件的使用性能有极大的影响。本文介绍已加工表面残余应力对零件使用性能的影响,论述了切削力和切削温度的研究现状及影响因素;综述了已加工表面残余应力的发展现状并阐述残余应力产生机理及其对表面机械性能的影响;总结了影响加工表面残余应力的因素,从而控制已加工表面残余应力,提高机械加工表面质量。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用Johnson- Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热-机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律.结果表明:已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力.表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小.各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小.     

切削加工表面残余应力的有限元计算

介绍了热-力耦合有限元理论对加工表面残余应力进行的预测和计算,并借助于有限元软件对切削过程进行仿真,得到了加工表面残余应力的分布规律。     

精密切削钛合金TC4表面残余应力的模拟研究

本文建立钛合金正交切削热一力耦合有限元仿真模型,采用自适应网格(ALE)技术及Johnson-Cook强化模型和剪切失效模型定义切削.通过对TC4切削过程的有限元模拟,分析了刀具刃口半径及材料的变形对已加工表面残余应力分布和表面质量的影响,并提出在切削钛合金时需采用较小的切削深度、较高的刀具锋锐度、较高的切削速度进行切削,以得到较好的表面加工质量.     

微切削已加工表面残余应力预测

准确预测残余应力对提高微小工件的可靠性非常重要.建立微切削残余应力的理论分析预测模型,应用有限元仿真方法,探求了不同切削速度和进给量下微切削45钢已加工表面残余应力分布规律,分析了切削速度和进给量对已加工表面残余应力的影响,为优化微切削过程和防止微小零件疲劳破坏提供可靠的依据.     

不锈钢切削表面残余应力的模拟

建立了正交切削有限元模型,结合热弹塑性理论,利用有限元软件的Lagrange显式程序模拟了切削过程,研究了切削速度、切削厚度、刀具几何参数对AISI 316L钢已加工表面残余应力分布规律的影响,并对比实验结果验证了模型的可行性.     

振动切削与加工表面完整性

本文从现代工业对零件加工表面完整性的要求入手,分析了零件加工表面完整性的影响因素及改善措施,提出振动切削加工方法是改善零件加工表面完整性的一种行之有效的加工方法。     

喷丸残余应力场有限元模拟研究进展

喷丸强化处理工艺可以显著提高金属材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能,这与喷丸后在金属表面层形成的残余应力场紧密相关,因此对喷丸残余应力的大小及分布进行预测具有重要意义.对近年国内外喷丸残余应力场的有限元模拟进行评述,总结出6种典型的残余应力分析模型,分别是二维轴对称模型、四对称面模型、三对称面模型、双对称面模型、单对称面模...     

超声振动铣削加工Ti6Al4V的表面残余应力研究

建立了包含振动铣削、移除铣刀、载荷释放及降温等多个分析步的超声振动铣削三维有限元模型,对铣削表面的残余应力进行了仿真。通过有限元计算,得到了不同振动参数和铣削用量条件下加工表面的残余应力大小与分布情况,并根据振动切削表面残余应力的影响机制对仿真结果进行了分析。研究结果表明,对工件施加超声振动后,切削表面残余拉应力值明显减小;振动参数和铣削速度对残余应力的影响较大,而进给量对残余应力的影响较小,并通过相关实验验证了有限元仿真结果的正确性。     

Design of ultrasonic elliptical vibration cutting system for tungsten heavy alloy

Nanoscale surface roughness of tungsten heavy alloy components is required in the nuclear industry and precision instruments. In this study, a high-performance ultrasonic elliptical vibration cutting (UEVC) system is developed to solve the precision machining problem of tungsten heavy alloy. A new design method of stepped bending vibration horn based on Timoshenko’s theory is first proposed, and its design process is greatly simplified. The arrangement and working principle of piezoelectric transducers on the ultrasonic vibrator using the fifth resonant mode of bending are analyzed to realize the dual-bending vibration modes. A cutting tool is installed at the end of the ultrasonic vibration unit to output the ultrasonic elliptical vibration locus, which is verified by finite element method. The vibration unit can display different three-degree-of-freedom (3-DOF) UEVC characteristics by adjusting the corresponding position of the unit and workpiece. A dual-channel ultrasonic power supply is developed to excite the ultrasonic vibration unit, which makes the UEVC system present the resonant frequency of 41 kHz and the maximum amplitude of 14.2 μm. Different microtopography and surface roughness are obtained by the cutting experiments of tungsten heavy alloy hemispherical workpiece with the UEVC system, which validates the proposed design’s technical capability and provides optimization basis for further improving the machining quality of the curved surface components of tungsten heavy alloy.     

不同切削参数的镍基合金直角切削有限元模拟

利用非线性有限元方法研究镍基合金高速切削过程。在平面应变状态下,通过对材料本构模型、边界条件与接触摩擦模型,以及网格划分环节进行处理,建立有限元直角正交二维切削模型。采用不同刀具前角、切削深度条件对镍基合金直角切削过程进行模拟和试验,分析得出直角切削过程中不同刀具前角和切削深度时切削力、剪切角变化情况,为选择合适的切削参数、提高切削质量提供理论依据。     

焊接接头残余应力的计算机模拟

应用有限元方法，采用有限元分析软件ANSYS，用计算机模拟了焊接接头残余应力的大小和分布，模拟结果和实验结果比较吻合，证明了这种方法具有重要的实用价值。     

带有残余应力的关节轴承外圈硬切削有限元仿真研究

针对关节轴承冷挤压装配后,其轴承外圈存在较大的残余应力的问题,对多次硬切削关节轴承外圈对残余应力的影响和轴承内外圈间隙的分布规律进行了研究,对自润滑关节轴承挤压装配过程和冷却回弹过程进行了仿真分析,开展了多次硬切削带残余应力的GCr15轴承钢关节轴承外圈有限元仿真分析,建立了材料本构模型、损伤初始准则及损伤演化准则之间的关系,提出了热力耦合有限元仿真分析的方法。在Abaqus软件上对多次硬切削对应力分布情况和轴承外圈回弹量等进行了评价分析。研究结果表明,有限元仿真分析能够预测硬切削对自润滑关节轴承外圈残余应力大小的影响和轴承内外圈间隙的变化规律,这对于通过硬切削释放残余应力,控制和提高工件质量具有重要的理论指导意义。     

Self-tuned ultrasonic elliptical vibration cutting for high-efficient machining of micro-optics arrays on brittle materials

Ultrasonic elliptical vibration cutting is a very promising technique for the machining of brittle materials. However, its machining performance is currently limited by the ductile machining model and the machining strategy with a constant feed rate, leading to low machining efficiency. To overcome this defect, this paper presents a novel self-tuned ultrasonic elliptical vibration cutting (SUEVC) technique to achieve high-efficient ductile-regime machining of the micro-optics array on brittle materials. The proposed SUEVC includes a ductile-regime machining model and a tool path generation method. In SUEVC, the feed rate adaptively changes with respect to the local shape variation of the desired surface along the feeding direction to ensure both crack-free surface and high machining efficiency. Finally, two 1 × 3 spherical micro-optics arrays were successfully fabricated on single-crystal MgF₂ by SUEVC and the traditional machining strategy respectively. Results demonstrated that the SUEVC could enhance the machining efficiency by 30% relative to the traditional machining strategy, while maintaining similar surface roughness and a crack-free surface.     

多层复合涂层刀具切削过程的三维有限元仿真

利用DEFORM-3D软件,对多层复合涂层刀具的切削过程进行三维有限元仿真研究,获得了切削过程中的切削温度、切削力和刀具应力等参数,并进行了相关的切削实验对比.实验结果表明,仿真所得的切削温度和切削力结果与实验结果能够较好地吻合,仿真所得的刀具应力结果能够较好地说明涂层的破坏.该仿真方法可以作为研究多层涂层刀具失效机理的有效方法,     

液动压悬浮抛光中磨粒与工件表面作用的数值模拟研究

针对液动压悬浮抛光固-液两相流中固相磨粒与工件表面撞击的过程中,对磨粒以不同的速度和不同的角度撞击工件表面后残余应力沿工件深度方向的分布规律进行了研究,利用ABAQUS软件建立了单颗磨粒撞击工件表面的三维有限元模型。对磨粒流撞击工件表面时的速度场进行了输出,利用PFC/3D软件建立了磨粒流撞击工件表面的三维离散元模型。研究结果表明:随着撞击角度和速度的增大,在工件表层形成的压应力场会增大,沿深度方向残余应力值急剧下降,磨粒流中磨粒间的撞击对磨粒撞击工件表面的速度场影响不大。     

不同坡口焊缝残余应力的有限元分析

对接焊缝在不同坡口型式时残余应力的影响是不同的。应用有限元方法,对不同坡口型式焊缝的残余应力进行了有限元分析,得出不同型式焊缝的残余应力分布与大小,为制定正确的焊接工艺、改善焊缝性能等实际生产和使用提供理论依据。