超声振动辅助车削SiCp/Al切屑形成机理及表面粗糙度研究

目的 研究切屑形成机理对加工过程的影响。方法 超声振动辅助车削技术通过刀具振动的拟间歇切削特征控制切屑尺寸和切屑形态,从而提高了加工表面质量。针对SiCp/Al复合材料的切屑形成机理,探究常规车削和超声振动辅助车削的切屑形成过程。研究了颗粒分布对第一变形区变形阶段的影响,以及不同加工方式下切削参数对切屑形态的影响。最后,描述了切屑自由表面和刀-屑接触界面的颗粒损伤形式,以直观地描述常规车削与超声振动辅助车削SiCp/Al复合材料加工中切屑的形成过程。结果 通过测试加工后工件表面形貌发现超声振动辅助车削的切屑更加连续、切屑尺寸较小的加工表面粗糙度更小,常规车削的表面粗糙度为0.805μm,超声振动辅助车削的表面粗糙度为0.404μm,超声振动辅助车削比常规车削的表面粗糙度降低了49.8%。结论 与常规车削相比,超声振动辅助车削有利于减小切屑厚度。超声振动辅助车削得到的切屑更加连续,避免了切屑碎裂,促进了切屑的顺利排出。通过对切屑形态进行研究,选择最优切削参数可以有效提高工件表面质量。     

冷却方式对车削45钢结果影响的有限元分析

为了研究不同的冷却方式对车削45钢的结果影响,利用专用的金属切削有限元分析软件AdvantEdge模拟二维车削加工过程。在仿真切屑的形成过程中,分析了常规冷却和高压冷却车削方式下对刀具的温度、应力以及形成的切屑大小的影响。仿真结果表明:采用高压冷却车削可以降低刀具切削刃的温度、等效应力和最大剪应力,不仅能够快速冷却,而且可以减少刀具的磨损;高压冷却车削还可使切屑易于折断,从而改善切屑的长度,有效的避免了加工过程中的缠屑现象。     

基于ABAQUS的薄壁圆筒零件车削加工变形补偿计算

利用有限元技术提出了薄壁零件车削加工变形补偿量计算的新思路:建立了薄壁圆筒零件车削加工的三维有限元模型,结合切削力计算公式、测量点的变形数据,借助ABAQUS二次开发技术(PYTHON语言)计算刀具补偿量.首先试验加工零件,通过记录零件加工前后尺寸,可以计算出变形量,然后建立参数化有限元模型,利用ABAQUS多步计算出加工过程中刀具受力点的支反力,通过数值方法(如最小二乘法、线性回归法)归纳出切削力计算公式,最后利用Abaqus软件的数据输入输出接口,修改工件车削加工的输入参数,通过多步循环施加栽荷,计算工件的弹性变形和刀具的实际吃刀深度,即可确定刀具轨迹.试验表明:所得计算结果可以直接应用于薄壁圆筒零件加工变形补偿,实现了刀具轨迹和切削参数的优化.     

航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究

目的分析航空铝合金高速铣削锯齿形切屑的形成过程及机理,为提高工件表面质量、延长刀具使用寿命提供理论依据。方法考虑航空铝合金在高速铣削过程中铣削厚度变化的特点,选用合理的本构模型及材料断裂准则,将三维铣削简化为二维变厚度的正交切削热力耦合有限元模型,对锯齿形切屑的形成过程进行有限元模拟,并经铣削试验验证有限元模型的准确性。结果在2～16 m/s的切削速度范围内,铣削力、切削温度、锯齿形切屑形貌均得到了准确的仿真。随着切削速度的增加,切屑厚度、切屑连续部分高度和剪切带间距都有减小的趋势,相反,剪切角随切削速度的增加而增大。切削速度为16m/s时,锯齿形切屑在切屑厚度较大的一侧出现,并随着切屑厚度减小而逐渐消失,变为均匀带状切屑,准确仿真了切削厚度变化下锯齿形切屑形貌。结论提出考虑剪切带宽度变化的三阶段锯齿形切屑形成模型,通过剪切带内外的应变、应变率和温度的变化分析了绝热剪切过程,并使用分割强度比参数量化锯齿形切屑应变程度,控制锯齿形切屑形态。     

钛合金TC21车削过程的三维数值建模与试验研究

针对一种新型高强度钛合金材料TC21钛合金难加工的特点,建立了车削过程的三维有限元模型。采用建立的三维车削有限元模型对钛合金材料TC21的切屑成形过程进行了数值模拟,并获得了切削过程的切削力变化曲线及应力值等物理量。同时,通过钛合金TC21的车削试验研究了刀具前角、进给速度及主轴转速对切削过程的影响规律。在相同切削条件下对试验结果与数值模拟进行了对比,结果验证了数值模拟的可靠性。实验结果表明,钛合金材料TC21的切屑也是锯齿状,且随着刀具前角的减小,TC21材料切屑锯齿状形态越明显。     

基于纳米流体冷却的钛合金车削温度场分析

车削钛合金时加工区温度高,会降低工件表面质量、加剧金刚石车刀磨损。可使用雾化纳米流体喷射等冷却方式改善车削环境,提高钛合金表面的加工质量和金刚石刀具的耐用度。基于ABAQUS仿真软件建立Ti-6Al-4V钛合金材料模型,研究不同冷却方式下切屑和刀具的温度变化规律,并进行钛合金车削试验对仿真结果进行验证。结果表明:车削钛合金时使用雾化纳米流体喷射方式降温效果良好,切屑和刀具表面最高温度分别为168 ℃和142 ℃,相比于普通冷却方式的温度下降了约70%。在稳定切削状态下的切屑和刀具温度仿真和试验结果误差在5%以内,仿真结果合理。      

基于SolidWorks的滚齿过程几何仿真及切削力计算

滚齿切削力是制定合理的切削用量、优化刀具几何参数的基础,为研究滚齿切削力,提出了基于Solid Works的滚齿过程几何仿真及切削力计算方法。首先以Solid Works软件为平台建立齿坯、滚刀刀齿三维模型,实现滚刀刀齿对工件进行加工的可视化过程,获得加工后的工件以及产生的切屑的三维模型。然后用两种方法计算每齿切削力:通过提取切屑三维模型表面上的坐标点,利用切屑形状计算切削力的大小;将获得的工件三维模型导入ABAQUS中进行滚齿过程有限元仿真,计算滚齿切削力。最后将二者的结果进行对比分析,验证计算结果的正确性,为滚齿切削参数的选取奠定基础。     

数控车削切屑形态智能预测的动态建模及实时仿真

针对数控加工中切屑形成过程的监控问题,在基于实时工况智能监控平台上,通过研究切屑形态预测的智能动态建模方法（人工神经网络）,建立了切屑形态预测动态模型;并根据切屑空间运动轨迹的数学模型,建立了切屑三维造型模型,并在虚拟现实环境中实现车削过程的切屑实时动态仿真.     

航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析

切削加工过程模拟的实质是采用有限元方法求解非线性问题的过程。建立了钛合金构件切削有限元模型,其切屑分离准则是以材料损伤理论为基础确立的;利用已有的研究成果,构建了求解切削温度场和切削力的有限元模型;利用有限元软件ABAQUS/Explicit进行模型建立、材料输入、部件装配、局部细分网格、运动仿真等;通过对钛合金切削过程的仿真计算得到切削温度、切削力等的一般规律。结果表明:模拟结果与实际生产结果相符合。     

7N01铝合金高速斜角切削过程中的切屑演化机理

目的 研究高强铝合金高速斜角切削参数对切屑形态及演化规律的影响,探究切屑形态转变的内在机理,为延长刀具使用寿命、改进加工工艺提供理论依据.方法 基于通用有限元软件建立7N01铝合金高速斜角切削三维数值模型,利用加工中心、三向测力仪进行切削试验,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对切屑形貌进行表征,结合有限元仿真结果,探明切...     

薄壁盘类零件超声振动车削实验研究

薄壁盘是典型的弱刚度轻量化零件,其壁厚很薄(最薄处仅0.3 mm),型面面积较大,故刚性较差。在切削过程中,切削力导致的型面变形是薄壁盘类零件加工的主要难题,传统加工方法很难得到高精度和高质量的产品。利用超声振动切削技术尝试进行弱刚度薄壁盘加工,在自行搭建的实验平台上对超声振动车削和普通车削加工薄壁盘进行对比实验。结果表明:与普通车削相比,超声振动车削可显著减小切削力和切削变形,大幅提高加工质量,同时具有断屑特性,是加工薄壁盘类零件的有效方法。     

微织构车刀制备与SUS304钢高速微车削试验

针对高速微切削过程中微型车刀表面摩擦磨损严重的问题,利用表面非光滑微织构减摩减阻原理,在高速微切削用车刀表面利用激光加工技术制备了微槽、微坑织构,研究了激光加工参数与微织构形貌之间的关系;分析了微织构的摩擦学特性;利用自行研制的高速微车削单元进行微织构刀具及无织构刀具的高速微切削SUS304不锈钢的对比试验,从切削力、切削温度、刀屑接触状态、切屑形态以及已加工表面粗糙度对微织构车刀性能进行评价。结果表明:微槽、微坑织构均可以有效降低刀具表面摩擦因数;在高速微切削过程中可以减小切削力、切削温度,降低刀屑接触长度,改善切屑形态,尤其是微坑织构可明显改善表面质量,可以应用到SUS304不锈钢的高速微加工。     

金属塑性成形有限元模拟中的六面体单元再划分技术研究进展

系统分析比较了各种六面体单元网格再划分方法的具体技术思路和优缺点 ,及其在模拟三维金属体积成形过程中的应用。结论指出 ,基于在任意几何形状的三维实体上实现全自动生成满足要求的六面体网格的通用算法非常复杂和困难 ,涉及许多具体的特殊问题的处理 ,而且基于畸变后边界节点生成满足拟合精度的几何实体也是如此。本文提出基于畸变网格的质量优化和局部网格加密 /稀释是最佳的解决方法 ,既可以保持初始网格的拓扑结构 ,还可以有效地避开网格再划分问题     

Effect of micro-textured tools on machining of Ti–6Al–4V alloy: An experimental and numerical approach

In this work, an attempt is made to reduce the detrimental effects that occurred during machining of Ti–6Al–4V by employing surface textures on the rake faces of the cutting tools. Numerical simulation of machining of Ti–6Al–4V alloy with surface textured tools was employed, taking the work piece as elasto-plastic material and the tool as rigid body. Deform 3D software with updated Lagrangian formulation was used for numerical simulation of machining process. Coupled thermo-mechanical analysis was carried out using Johnson-cook material model to predict the temperature distribution, machining forces, tool wear and chip morphology during machining. Turning experiments on Ti–6Al–4V alloy were carried out using surface textured tungsten carbide tools with micro-scaled grooves in preferred orientation such as, parallel, perpendicular and cross pattern to that of chip flow. A mixture of molybdenum disulfide with SAE 40 oil (80:20) was used as semi-solid lubricant during machining process. Temperature distribution at tool–chip interface was measured using an infrared thermal imager camera. Feed, thrust and cutting forces were measured by a three component-dynamometer. Tool wear and chip morphology were captured and analyzed using optical microscopic images. Experimental results such as cutting temperature, machining forces and chip morphology were used for validating numerical simulation results. Cutting tools with surface textures produced in a direction perpendicular to that of chip flow exhibit a larger reduction in cutting force, temperature generation and reduced tool wear.     

薄壁筒车削颤振稳定性预测

切削颤振是制约薄壁筒工件加工质量和效率的主要因素之一。采用半离散法对含有时滞项的动力学方程进行稳定性预测分析,结合薄壁筒工件切削振动试验,研究刀具、工件动力学参数匹配关系变化对切削加工稳定性的影响。通过仿真分析得出:随着刀具刚度或固有频率的提升,切削系统稳定性呈上升趋势,但过度提升刀具刚度并不会有效提升切削稳定性;在刀具与工件固有频率接近处,切削系统的稳定性较差;适当调整刀具动态特性参数有利于提高柔性工件切削加工的稳定性;切削过程中,时变的切削位置和工件尺寸会引起切削系统动态特性的变化。根据时变稳定性预测图,从稳定性分析角度解释了一次走刀切削试验中薄壁筒工件表面出现不同加工形貌的原因。     

涂层硬质合金刀片车削典型CFRP的工程技术研究

用相同几何结构、不同材质的2种涂层硬质合金刀片车削碳纤维增强复合材料T800H棒料,通过多分量力学传感器、压力传感器和高速摄影机监测车削过程中的切削载荷和刀具工作状态,通过光学扫描系统和数码显微系统观测分析工件已加工表面和切屑的形貌特征。结果表明:车削T800H棒料时,每种刀具都存在一个临界切削速度v_cr,在相同进给量f和恒定切削深度a_p的情况下,切削速度v_c对工件已加工表面质量影响小。实验还表明:采用硬度更高的刀具车削碳纤维,能获得更好的表面质量。      

Study on deformation of titanium thin-walled part in milling process

Machining of thin-walled parts is a key process in aerospace industry. The part deflection caused by the cutting force is difficult to predict and control. In order to predict the cutting deformation of a titanium alloy Ti6Al4V thin-walled part in milling process, in this paper, the three-dimensional finite element models of a helical tool and a thin-walled part with a cantilever are established. In the simulation process, milling chips are formed along with the introduction of the friction model between cutter and chip and the chip separation method. Using the established three finite element models, milling process is simulated. With the simulation cutting parameters, milling experiment is carried out. Consequently, a comparison of the results between the simulated and experimental cutting deformation are obtained. The results show that the established finite element models are accurate and can be used to predict cutting deformation.     

Influence of asymmetric cutting edge roundings on surface topography

For finishing operations in machining, hardened steel hard turning can compete with grinding operations by means of accuracy and productivity. In the past research focussed on the effect of process parameters and tool macro geometry on the resulting surface roughness. Recent investigations show, that the cutting edge micro geometry is an important factor to influence surface quality. The knowledge generated by new methods displays the importance of asymmetric cutting edge roundings on cutting forces, chip formation and tool life. It is known, that chip formation also affects the resulting surface quality. Therefore, this paper investigates the effect of asymmetric cutting edge roundings on the resulting surface roughness in hard turning of roller bearing inner rings. Cutting tests with differently shaped cutting edges and two different feed values are conducted. The resulting surface roughness is measured. The consequent surface quality is explained by geometric coherences between uncut chip thickness and stresses along the cutting edge and the effect of material side flow. It is found, that the cutting edge geometry and the resulting stress distribution around the cutting edge affects the generated surface quality.     

TC4铣削切屑形态与表面形貌特征

目的 对TC4铣削过程中锯齿状切屑的形成与对应产生的加工表面形貌特征进行研究,掌握钛合金TC4高速铣削加工切屑形态随铣削速度的变化规律,从而提高加工表面质量和效率。方法 基于有限元软件,建立钛合金TC4二维变厚度切削模型,通过仿真和铣削试验分析铣削速度对切屑形态的影响规律。利用超景深显微镜和PS50表面轮廓仪对TC4铣削过程中形成的切屑形态及工件加工表面形貌进行观测和分析,确定铣削加工TC4过程中铣削速度与切屑形态、工件表面形貌和表面粗糙度之间的关系。结果 铣削试验验证得出铣削力仿真值与试验值最大误差为9.86%,验证了二维变厚度切削模型的准确性。随着铣削速度从40 m/min增大到120 m/min,切屑形态由带状转变为锯齿状,且铣削力逐渐减小。同时,铣削速度由80 m/min增大到240 m/min时,切屑的锯齿化系数和剪切带内的剪切角均增大,而剪切带间距减小,TC4加工表面波纹加深、波纹间距变宽,并且伴随有大量韧窝出现,导致表面粗糙度值增大。结论 掌握锯齿状切屑几何特征与工件表面形貌随铣削速度的变化规律,以便在铣削加工TC4过程中对锯齿状切屑进行控制,对于提高工件加工表面质量和加...