静态铣削力作用下的薄板大变形有限元分析

随着对航空产品性能要求的进一步提高,现代航空工业中广泛使用整体薄壁结构零件.针对薄壁类零件刚性差,在加工过程中很容易发生大变形的情况,对薄壁件的大变形问题进行了研究分析.在冯卡曼方程的基础上,建立了在静态铣削力作用下,薄板大挠度的微分平衡方程和悬壁板的边界条件,并通过有限元软件ANSYS10.0对薄板的大变形进行了分析计算.在计算过程中,分别考虑了切削力、切削位置(x和Y方向)以及板厚对于薄板大变形的影响,结果表明:必须选择合适的切削参数,以保证零件的加工精度和加工质量,从而提高零件的加工效率.     

铣削508Ⅲ钢不同涂层对刀具切削性能影响

核电水室封头部件属于难加工零件,材料为508Ⅲ高强度钢。针对铣削加工过程中刀具切削性能差、寿命短与加工效率低等问题,首先对涂层硬质合金刀具进行切削仿真,从切削温度和应力方面,分析涂层对刀具切削性能影响;然后进行铣削508Ⅲ钢涂层刀具磨损实验,通过刀具磨损观测及前刀面形貌分析,探究涂层对刀具磨损与刀具寿命的影响;最后进行涂层性能对比实验,讨论不同类型涂层、涂层厚度和不同涂层热扩散率对硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢切削过程影响。研究结果为铣削水室封头硬质合金刀具开发及核电零件高效加工等提供技术支持。     

航空铝合金薄壁件加工变形有限元仿真与分析

综合考虑薄壁件粗精加工工序,建立了薄壁件铣削加工全过程三维有限元模型,系统地研究了残余应力施加、切削力建模及动态加载、材料去除等加工过程建模所涉及的关键技术.通过自行构建的加工仿真平台,对处在不同毛坯初始残余应力分布情况下的薄壁件分别进行了加工过程模拟.仿真结果表明,加工过程中残余应力对切削力引起的薄壁件加工变形具有重要影响,较大的初始残余应力导致薄壁件侧壁首末自由端附近产生加工变形波动,容易引起或加剧切削振动, 严重影响其加工精度及表面质量.     

初始残余应力和切削残余应力对薄壁件加工变形的影响

为了研究毛坯件的初始残余应力和切削加工过程中产生的切削(残余)应力对薄壁件变形的影响,对铸造铝合金锥形体毛坯薄壁件进行钻孔法残余应力测试,根据测试结果分别建立包含初始残余应力的有限元切削模型、没有初始残余应力的有限元切削模型及采用有限元生死单元法的模型,并进行分析.3种模型的对比结果表明:初始残余应力与切削(残余)应力均对加工结束后工件的变形产生显著的影响,其中切削(残余)应力对于变形的影响最大.     

基于MATLAB/SIMULINK的超声波振动加工过程仿真研究

在建立超声波振动加工过程中“刀具—工件”系统的动力学模型的基础上,应用MATLAB软件中的Simulink建立了该系统的控制系统模型,并对振动加工过程中工件的运动规律进行了仿真分析.仿真结果表明,超声波振动加工方法能够极大地降低普通切削过程中工件的振动,对提高工件的加工表面质量和加工精度具有重要意义,是实现精密切削加工的一种有效方法.     

变形方式对低温硬化性(BH 性)的影响

高强度钢板的冲压性能、冲压变形和加工过程对冲压件使用性能的影响等研究工作,当前已经成为冲压技术发展的主要方向之一。低温硬化性能(BH 性能)是近期开发的新型高强度钢板所具有的优异性能。在完成冲压变形之后,在冲压件的涂漆与烘干的过程中可使板材得到新的强化。为了使具有BH 性能的高强度钢板走向实用化,必须按生产中冲压加工的实际变形条件(?)冲压变形的方式(指应力状态)、冲压变形方式的变化、加热温度、保温时间等,研究上述各种因素对性能的影响。因此,除常采用的单向拉伸变形方式外,对双向拉应力状态下的BH 硬化效果的研究也是非常必要的。一般说来,BH 硬化效果在不同方向上存在着差别,所以它可以使板材的各向异性增强。BH 过程引起的各向异性以及它和变形方式等因素之间的关系,对冲压生产具有十分重要的意义,所以有必要在本研究工作基础上做进一步的探索。     

生死单元法分析薄壁件加工变形

针对零件中薄壁结构在机械加工中容易产生变形从而影响其加工精确度和加工质量的情况.对薄壁结构特点进行了分析,建立了有限元分析模型,并采用有限元中生死单元以及移动载荷施加技术实现了对切削加工过程的模拟,得到了典型薄壁结构在不同走刀路径下的加工变形规律,并对典型薄壁结构进行了切削加工实验,进一步验证了有限元分析的正确性.研究结果表明,采用有限元中生死单元技术以及移动载荷施加方法可以模拟材料的切除过程,并且在薄壁加工时,采用两边按一定的背吃刀量进行循环往复的加工方法能够有效控制薄壁的加工变形.     

7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

为了研究毛坯件的初始残余应力和切削加工过程中产生的切削（残余）应力对薄壁件变形的影响,对铸造铝合金锥形体毛坯薄壁件进行钻孔法残余应力测试,根据测试结果分别建立包含初始残余应力的有限元切削模型、没有初始残余应力的有限元切削模型及采用有限元生死单元法的模型,并进行分析.3种模型的对比结果表明：初始残余应力与切削（残余）应力均对加工结束后工件的变形产生显著的影响,其中切削（残余）应力对于变形的影响最大.

     

铸铁石墨形态对强度的影响新探

影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形态、大小及分布。铸铁的研究主要是围绕如何改变石墨的数量、大小、形状和分布这一核心问题进行的。灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁中石墨都是自液体铁水在结晶过程中获得的。笔者主要围绕着灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁展开一系列实验,如抗拉压强度、灰铸铁的退火过程及一些对比实验。通过电子显微镜观察石墨形态,并对石墨形态对强度的影响进行了研究。     

薄壁零件的切削颤振研究进展

刀具与工件之间的颤振,一直是学术界和工程界的研究热点。薄壁结构零件由于自身结构特点,在加工过程中极易发生变形和切削颤振,这对提高加工质量和加工效率十分不利。回顾切削颤振的机理研究历史,尤其是铣削加工稳定性的机理、动力学模型以及薄壁结构零件铣削颤振的研究情况,并综合介绍国内外在颤振预报与控制方面的研究进展,为最终实现减小或消除加工颤振的研究目的提供有益的参考。     

航空框类整体结构件铣削加工变形研究

为了揭示结构件数控加工的变形机理,提出了基于有限元的航空整体框类结构件铣削加工过程仿真方法.通过将零件的加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息,采用建立的有限元模型对双面框类结构件进行了铣削加工过程的数值模拟.数值模拟综合考虑了材料毛坯初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.在同样条件下进行了加工实验,实验结果与模拟结果比较吻合,验证了建立的有限元模型的正确性.研究表明,数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法,可正确预测零件的加工变形.     

刀具磨损过程中已加工表面质量变化的研究

金属切削加工过程中,刀具必然会发生磨损,但刀具的磨损规律多种多样,磨损的原因也各不相同。只有找出不同切削刀具、在不同切削条件下刀具磨损与已加工表面质量的变化规律,才能为金属切削加工提供指导依据．并进一步实现对金属切削加工过程的有效控制。为此,笔者进行了硬质舍金薄切削铝舍金的实验,以探究硬质舍金刀具磨损过程中已加工表面质量的变化规律,以及刀刃钝圆半径的变化与刀具磨损状态之间的联系。实验研究发现,刀具磨损过程中,已加工表面粗糙度、轮廓支承长度率与刀刃钝圆半径的变化规律相似。     

基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

钛合金TC4在加工过程中会出现工件变形及黏结等问题,因此加工难度较大。利用ABAQUS软件创建仿真模型,对比了超声椭圆振动车削和常规切削对钛合金TC4力学特点的影响,并对比分析了超声椭圆振动车削钛合金TC4的切削速度、切向幅值、频率和切削深度对切削力的影响。结果表明,超声椭圆振动切削平均切削力随着切削深度及切削速度的增加而增加;随着切向幅值及振动频率的增加而减小;与常规切削相比,超声椭圆振动切削能够明显降低切削力,改善表面加工质量,提高加工效率。     

数控机床切削加工过程颤振抑制技术的研究

本文分析了数控机床加工过程中切削颤振的产生机理,总结了国内外对切削颤振抑制理论实践的研究现状,探讨了通过控制主轴转速抑制颤振的原理、方法、可行性,并提出了基于计算机仿真技术对加工过程进行动态仿真的一般方法,从而为提高加工效率提供可循的加工依据.     

氮化硅陶瓷加热辅助铣削过程中边缘碎裂实验与仿真

边缘碎裂现象是陶瓷加工过程中常见的一种现象,是影响加工质量的主要因素之一。激光加热辅助切削技术通过提高切削区温度,改善局部材料的性能,可以降低切削力,减轻铣削加工过程中的边缘碎裂。采用理论与实验分析及仿真模拟的手段研究了激光加热辅助铣削氮化硅陶瓷过程中的边缘碎裂现象,出口边缘碎裂由于刀具离开工件时缺乏支撑,是主要的碎裂形式。仿真模拟扩展采用扩展有限元方法,模拟了材料出口边缘裂纹形成、扩展及碎裂的过程。理论分析、试验结果与仿真结果表明切削区温度是影响边缘碎裂的主要因素。当切削区温度超过氮化硅陶瓷的软化温度后,工件的加载应力与边缘韧性都随温度升高而发生变化,导致边缘碎裂随温度升高而降低。     

齿轮齿形切削加工中的毛刺生成机理

基于切削加工中切削刃附近被加工材料的变形特性，指出几种典型的毛刺生成过程及其影响因素。应用这些规律并结合实际加工条件，对齿轮齿形切削加工中的毛刺生成机理及其形貌特征进行分析，以便为齿轮毛刺去除加工及控制毛刺的生成提供依据。     

多轴加工铣削力建模与预测

为提高多轴数控加工铣削力预测精度,提出一种基于真实运动轨迹的多轴数控加工铣削力预测方法。首先采用Levenberg-Marquardt算法计算经验铣削力公式中的瞬时切削厚度,获取未变形切削厚度;然后分析多轴力变换过程中切削刃运动扫掠面和真实未变形切削厚度模型,获得基于真实未变形切削厚度的多轴数控加工铣削力预测模型;最后采用硬质合金圆柱立铣刀在五轴加工中心对2024铝合金工件进行三轴和五轴铣削实验,采集多轴数控加工铣削力数据。实验结果表明,该铣削力预测模型的预测值与实验值趋势吻合较好。     

微切削加工Al7050-T7451过程切屑形貌及尺度效应研究

采用硬质合金刀具,通过一系列的单因素直角切削试验对铝合金7050-T7451微切削加工中的切屑形貌、切削力以及尺度效应等进行了研究。为了便于使用Kistler9257B型测力仪进行加工过程切削力的测量,对工件进行处理,使用数控铣削中心实现直角车削。试验方案在不同切削速度下变换切削深度,考虑刀具刃口半径的存在对微切削加工过程的影响。试验中收集不同切削参数下的切屑,得到切屑的宏观形貌;对切屑进行抛光腐蚀,在高倍光学显微镜下获取切屑的微观形貌,研究了切削参数对切屑厚度和卷曲程度等的影响规律。试验过程中实时测得不同切削条件下的切削力,讨论了微切削加工过程切向力和径向抗力受刀具刃口半径影响下的变化规律,并从单位切削力的角度出发研究了刀具刃口半径对微切削加工过程中尺度效应的影响规律。     

紫铜薄壁零件微铣加工变形分析及预测

针对紫铜薄壁微铣削加工过程中的位移变形问题,建立了铣削力数学模型,采用四边形薄板单元有限元方法对薄壁铣削的位移变形进行分析预测。为了验证铣削力模型和薄壁变形预测的准确性,利用金刚石微铣刀对紫铜进行铣削试验。最后,通过光学显微镜和扫描电镜进行观测。结果表明:本文试验结果与仿真结果几乎吻合,证明本文建立的铣削力模型及采用的薄板变形分析方式可以有效地预测加工变形,且载荷位置与薄壁变形关系密切,切削变形随薄壁厚度的减小而快速增大。     

航空机匣零件加工变形量预测与控制

航空机匣类零件通常由航空难加工材料制成,壁薄、刚性差、难加工,极易发生切削变形。因 此,以航空薄壁机匣零件为研究对象,基于切削加工力学建模,采用有限元分析方法,实现了对航空薄壁机 匣零件车削加工变形量的预测。在此基础上,采用加工变形量主动补偿方法,通过对每次走刀的切削深度进 行补偿以减少加工变形量。有限元仿真与切削试验结果均显示,采用该方法可以大大减少加工变形误差并使 其分布更加均匀,可有效地控制切削加工变形量。