基于Inconel 718车削过程有限元仿真的刀具刃口几何参数优化

基于Third Wave Advant Edge建立二维有限元模型,对镍基高温合金Inconel 718的车削过程进行数值仿真分析,并通过直角车削试验验证仿真模型的精准度;提出了刃口几何参数的优化流程,获得了不同刃口几何参数下的切削温度和应力分布,研究了刀具刃口几何参数对刀具应力及刀具温度的影响,进而对加工镍基合金的刀具刃口参数进行优化。仿真结果表明:在选定后角7°时,粗加工镍基合金Inconel 718的最优前角为6°,最优刃口钝圆半径为60μm;随着刀具前角的增加(0°~10°),切削温度逐渐增加,刀具应力先减小后增加,切屑的高温区逐渐减小,刀具的高应力区逐渐向后刀面扩展;随着刃口钝圆半径的增加(30μm~80μm),刀具温度逐渐增加,温度分布无明显变化,刀具应力先减小后增加,切削刃附近应力集中现象减弱。     

钝圆半径对刀具硬态切削性能的影响研究

为了揭示修圆刃口对刀具硬态切削性能的影响规律,以5种钝圆半径的修圆刃口为研究对象,运用金属切削软件AdvantEdge对淬硬轴承钢进行干式车削仿真。结果表明,主切削力F_c和进给力F_f均随钝圆半径的增加而变大;刀具高温区面积随着钝圆半径的增加而扩大,最高切削温度均位于切削刃附近;钝圆半径对刀具最大应力值的影响较小。研究结果可为刀具刃口形式和参数的合理选择提供理论指导。     

基于AdvantEdge的6061铝合金高速铣削刀具结构参数优化研究

高速铣削过程中,刀具结构参数对刀具的切削性能有非常重要的影响。本文利用专用切削加工有限元分析软件AdvantEdge对6061铝合金高速铣削刀具进行了有限元分析。采用等效二维有限元仿真方法,结合单因素寻优设计方法,分析了硬质合金和高速钢刀具主要的宏、微观参数(包括刀具刃口钝圆半径、前角和后角等)对铣削加工过程中的温度、应变、切削力等参数的影响趋势。仿真结果显示,为获得较好的切削效果,铣刀取较小的刃口钝圆半径(即0.04mm左右);可取较大的前角和后角,前角为12°-15°,后角为15°-20°。     

刀具几何角度对高强度钢切削力影响的仿真研究

高强度钢切削加工中的切削力较大,其中主切削力、进给抗力是选择切削机床的重要依据.由于刀具角度对切削力影响很大,为此,建立了研究高强度钢切削力的仿真模型,通过正交仿真研究方法分析了刀具角度对切削力的影响,运用极差分析与方差分析对刀具主要几何角度对主切削力、进给抗力影响的主次进行了研究.结果表明,刃口半径对主切削力影响最大,前角对进给抗力影响最大,且主切削力、进给抗力均随刃口半径增加而增大,随前角增大而减小.     

模具侧壁加工中切削刃形状对加工精度和刀具寿命的影响

高硬度模具侧壁精铣加工需要抑制长悬伸刀具的震颤,提高切削刃强度.切削刃形状参数主要包括刀具前角和刃口钝圆半径(或倒棱宽度),通过切削试验分析轴向前角和切削刃钝圆半径对加工表面精度和刀具寿命的影响规律,优化刀具刃口形状,可以获得更优良的加工精度和更长的刀具寿命.     

考虑微刃口几何的Ti-6Al-4V钛合金加工切削力仿真预测与试验研究

切削刀具刃口半径对材料加工过程有着重要影响,其中如切削力、切削应力以及刀—屑交界面的温度分布,这些参数最终都会作用在刀具寿命和工件已加工表面完整性上。刀具刃口圆形钝化处理能够使刀具不易在切削过程中出现崩刃。本研究借助有限元方法对钝圆刃口刀具切削过程进行深入研究,其中有限元模型采用耦合欧拉—拉格朗日(Coupled Eulerian Lagrangian, CEL)方法建立。为研究刀具刃口对切削过程影响,本研究的切削工况包括四种刀具刃口半径(10μm, 20μm, 30μm, 40μm)和三种未变形切屑厚度(0.1mm, 0.15mm, 0.2mm),对12种工况分别进行仿真和试验研究,验证所提出的有限元模型的准确性和合理性。在此基础上,进一步对仿真结果中的切削温度、切削应力和材料流动状态等过程量进行深入分析研究发现,随着刀具刃口半径的增加,两向切削力的刃前切削应力和最高切削温度都呈增长趋势,最高切削温度由前刀面向后刀面移动。本研究或为钛合金切削过程的机理理解及难加工材料刀具和切削参数设计提供支持。     

钝化参数对刀具刃口钝圆半径影响的研究

刀具刃口钝化通过消除刃口上的微观缺口,改变切削刃的微观形貌,实现增加刀具的寿命,提升刀具的切削性能,使已加工零件获得更好地表面质量的目的。基于立式旋转钝化特点,获得了刀具刃口的运行轨迹。对硬质合金刀具采取立式旋转钝化的方式进行钝化,通过刀具钝化实验,并通过扫描电子显微镜对钝化后的刀具刃口钝圆半径进行测量,研究刀具转速和钝化时间对刀具刃口钝圆半径的影响规律,为优化刀具钝化工艺参数和提高刀具刃口钝化效率提供依据。     

切削用量和钝圆半径对铣削45号钢的温度研究

在铣削加工过程中,刀具温度的变化情况对刀具的性能和寿命有重要的影响。本论文运用有限元分析软件Advant Edge FEM分析了切削用量和钝圆半径对铣削45号钢材料时刀具的温度变化情况。得到切削用量和钝圆半径对切削温度的影响规律,为铣削加工45号钢材料时铣刀刃口钝圆半径的设计提供依据。     

切点约束和探针针尖半径补偿的金刚石刀具刃口钝圆半径求解方法

本文对金刚石刀具刃口钝圆半径求解方法展开研究,以有效提升金刚石刀具刃口锋利度的测量精度。文中分析了原子力显微镜(AFM)扫描探针几何形貌对金刚石刀具刃口锋利度测量结果的影响,并提出了基于切点约束和AFM探针针尖半径补偿的刀具刃口钝圆半径求解方法;讨论了消噪滤波、测量角度误差以及切点分离方法对测量结果的影响;在高精度测量平台上完成了金刚石刀具刃口锋利度测量,并将被测量的刀具用于飞切加工KDP晶体。结果表明:提出的刃口钝圆半径求解方法能够准确求解金刚石刀具的刃口锋利度,测量结果能很好地描述金刚石刀具的刃口锋利程度,可以为金刚石超精密切削加工的选刀和用刀提供有效指导。     

基于球头铣削方式的淬硬钢最小切削厚度确定

汽车覆盖件模具精加工中,精加工余量较小,较小的精加工余量与刀具刃口钝圆半径处于相同数量级,为了实现汽车覆盖件模具的高品质加工,刀具刃口钝圆半径的影响应当引起重视。刀具刃口钝圆半径存在,使得塑性材料加工中存在最小切削厚度,当实际切削厚度小于模具材料最小切削厚度时,刀具与工件之间将出现滑擦,导致汽车覆盖件模具的加工精度和表面质量难以保证。提出一种确定最小切削厚度的新方法,该方法基于球头铣削方式,并验证所提出方法的有效性;以汽车覆盖件模具常用材料淬硬钢AISI D2为研究对象,采用所提出的最小切削厚度确定方法,确定不同硬度淬硬钢AISI D2材料的最小切削厚度值,研究速度效应对淬硬钢AISI D2材料最小切削厚度的影响规律,研究结果表明:在所选切削参数范围内,温度效应对淬硬钢AISI D2材料成屑的影响大于应变率效应的影响,此时随着切削速度的增加,最小切削厚度值增大。     

刃口钝化对PCBN刀具切削性能影响的研究

通过PCBN刀具断续切削等温淬火球墨铸铁(ADI)的试验,分析了刃口钝圆半径对PCBN刀具切削力和刀具寿命的影响.试验结果表明:准静态力与断续冲击力随钝圆半径的增大呈先增大后减小的趋势;断续冲击力与准静态力的差值称之为冲击力,它真实地反映了断续切削时刀具所受冲击大小,径向冲击力随钝圆半径的增大呈先减小后增大的趋势;刀具...     

微细切削中侧刃的切削影响研究

尺度效应是微切削工艺中的一种特殊现象,通常用最小未变形切屑厚度来判定尺度效应发生的临界点。为了更好地理解微细铣削的切削机理,对铣刀钝圆半径与尺度效应之间的关系进行深入研究是有必要的。由于在铣削加工过程中,刀具大多数为径向进给,侧刃为主要切削刃,因此这里对仅有侧刃参与切削的情况进行了仿真与试验研究。通过对仿真中切屑形貌与试验中表面粗糙度的分析,分别确定了仿真与试验的最小未变形切屑厚度值。仿真与试验结果表明,微细铣削的两种工艺方式对最小未变形切屑厚度的影响有限,最小未变形切屑厚度为（0.28～0.40）倍的铣刀钝圆半径。同时,工件的材料属性对刀具侧刃的最小未变形切屑厚度有一定的影响。本研究可以用于指导微细铣削加工中对于不同刀具钝圆半径及工件材料加工参数的选择和量化,提高工件加工质量具有重要参考价值。     

基于Usui模型的硬质合金刀具切削高强度钢磨损仿真研究

高强度钢切削加工中的刀具磨损对切削效率和加工成本有着重要的影响。通过切削仿真研究刀具磨损具有成本低、可选参数范围大等优点。基于Usui模型建立了采用硬质合金刀具切削高强度钢的刀具磨损仿真模型,并对磨损模型进行了实验验证。仿真研究了刀具几何角度对刀具后刀面磨损的影响规律。结果表明,刃口半径对后刀面磨损影响最大,且后刀面磨损随刃口半径增大而增大,随前角和后角的增大而减小。     

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。     

硬质合金刀具刃口形状对高温合金切削力的影响

硬质合金刀具是切削高温合金等难加工材料的常用工具，其刃口形状会对加工性能产生重要影响，钝圆半径与形状因子是目前刃口形状的常用特征参数。为研究刃口形状对加工高温合金时切削力的影响，使用硬质合金刀具对Inconel 718高温合金开展侧铣试验。试验结果表明，形状因子相同但钝圆半径不同的刃口所产生的切削力不同，钝圆半径相差越小其产生的切削力偏差越小。当钝圆半径一致且形状因子K>1时，加工所产生的切削力随形状因子的增大而增大。刃口的钝圆半径越小，其形状因子对切削力的影响越显著。本文提出了研究刃口形状时应同时考虑钝圆半径与形状因子的重要性，并研究了形状因子对切削力的影响，对合理选择刃口的形状有重要意义。     

硬质合金立铣刀刃口钝化参数对钝圆半径的影响

通过立式旋转钝化机对硬质合金立铣刀进行刃口钝化,研究了钝化速度、钝化时间、磨粒粒度、磨粒类型等钝化参数对钝圆半径的影响规律,采用数学回归方法建立钝圆半径的数学模型,并通过方差分析验证了该预测模型的正确性,为刀具钝化刃口优化和实现高速高效切削加工奠定基础。     

硬质合金铣刀钝圆半径对Inconel 718高温合金切削力与切削温度的影响

硬质合金刀具的几何形状直接影响刀具的性能与零件的质量,不合理的钝圆半径会导致较大的切削力与较高的切削温度。为研究硬质合金刀具钝圆半径对Inconel 718高温合金切削力与切削温度的影响,使用刀具侧刃侧铣薄壁板件进行试验分析。结果表明：铣削Inconel 718高温合金时,产生的切向力始终大于径向力;随着钝圆半径的增大,加工中产生的切向力与径向力均先减小后增大,在钝圆半径为5.98μm时达到最低;随着钝圆半径的增加,切削温度先降低后升高,然后趋于平缓,且钝圆半径为5.98μm时切削温度最低;本文提出了在一定工艺参数下比较理想的钝圆半径范围,对加工Inconel 718高温合金时选择合理的钝圆半径有指导意义。     

基于Deform 3D的刀具切削刃钝圆半径的优化设计

运用Deform 3D软件对考虑了刃口半径的切削过程进行了有限元仿真,分析了切削刃半径对加工过程对切削力和切削温度的影响。并对刀具应力及刀具磨损进行了分析,为刃口的优化设计提供了有力的依据。     

硬质合金钻头刃口钝圆及其半径的测量

指出了硬质合金钻头刃口钝圆对切削加工的影响,说明了硬质合金钻头刃口钝圆的重要性,简要介绍了刃口钝圆的方法及常规的测量方法,提出了在Matlab中用最小二乘法拟合的数据处理方法来获得刀口钝圆半径值.与传统测量方法相比,此方法避免了常规测量方法所产生的人为的不确定因素,减少了由于测量系统的精确度引起的误差,可以准确地判断是否达到钝化参数的要求,对优化刀具结构设计、提高切削性能、增加刀具使用寿命有重要的作用和实际意义.     

微切削镍基高温合金表面质量的研究

镍基高温合金是一种难加工金属材料,加工后表面质量很难保证。而表面质量是微切削加工追求的重要内容,其对加工后零件的耐磨性、耐腐蚀性和热传导性能都有很大的影响。在分析切削实验结果基础上,进行微切削仿真,深入研究镍基高温合金微切削时的表面质量。结果表明:微切削过程中切屑层晶粒破碎并由于产生的高温软化在前刀面形成积屑瘤,积屑瘤软化从下刀面流出,残留在加工表面形成硬点毛刺。由于微切削刀具刃口钝圆半径尺寸不能忽略,进而产生犁耕现象,即在进行微切削的过程中,钝圆前方的晶粒被刀具刃口挤压,压入加工表面,在加工表面形成凹陷。由仿真现象发现,锯齿形切屑的形成有利于减少犁耕现象。