双台肩钻具螺纹接头的力学性能分析及测试

随着深井/超深井、复杂结构井钻井增加,普通钻杆已无法满足大钻压、高泵压和大扭矩钻井的需要,因此双台肩钻具凭借其优良的密封性能和抗扭性能得到油田的认可。但双台肩螺纹的设计、修扣制约着其使用性能,因此针对钻具螺纹接头轴对称特点以及所承受复合载荷的特点,应用接触力学理论建立了将三维问题退化为拟三维问题的有限元半解析法并编制有限元软件,可确定双台肩钻杆接头的公差及其紧扣扭矩。同时,对双台肩钻杆接头在紧扣扭矩的力学性能进行了应变测试,实验结果与软件分析结果一致,说明该理论模型是可靠的。     

车削加工仿真中刀具热变形对工件加工精度的影响

在车削加工中,使刀具产生热变形的热源主要是切削热。切削热传入刀具的比例虽然不大（车削时约为5％）,但由于体积小、热容量小,刀具切削部位的温升仍较高,硬质合金刀具刀刃部位的温度可达1000℃,刀具的热伸长量可达0．03～0．05mm,车刀受热产生的热变形将导致刀具向切削表面的径向伸长,从而使工件径向尺寸缩小,影响工件加工精度。     

残余应力对切削加工精度的影响及消除

探讨了机械制造过程中残余应力的形成原因及对机械零部件切削加工精度的影响,通过对车削、铣削等常用机加工过程中残余应力的形成以及对加工品质、使用寿命、失效形式的分析,有针对性地采取了有效措施,减小残余应力的产生,消除残余应力,从而改善加工品质,提高工件的切削精度和使用寿命。     

细长轴的切削加工精度及切削效率的控制研究

细长轴广泛应用于各种机械当中,但细长轴的长径比一般都大于25,故在加工时存在一定的困难。通过对细长轴应用场合的介绍,对切削加工时的误差来源进行了介绍,并分析了细长轴弯曲变形的原因,从而提出了在保证细长轴精度的同时,如何提高其切削效率的方法。     

切削深度对微细轴类零件加工精度影响的实验研究

金属切削过程中，不同的切削参数对零件的加工精度影响是不同的。通过车铣和车削两种加工方法的对比，重点研究了切削深度对微细轴类零件加工精度的影响问题。通过对实验结果的分析显示，车铣加工和车削加工微细轴时切削深度的变化对加工精度的影响很小，一般情况下可以忽略。     

切削加工尺寸精度模糊智能控制的研究

针对金属切削加工中影响工件尺寸精度非线性因素众多,精确数学模型难以建立的特点,提出尺寸加工精度控制的模糊智能化方法,设计了自寻优模糊控制器,实现了工件尺寸精度在线智能监控。仿真试验结果表明,这种控制器具有很好的鲁棒性,获得了满意的控制效果。     

数控机床切削控制对机械加工精度的影响

通过阐述数控机床切削控制对机械加工精度带来的影响,使相关人员掌握数控切削加工三要素。针对数控切削加工实际情况,提出增强机械产品加工进度和控制水平的主要措施,保证工业产品能达到预期标准,促进我国工业生产水平实现可持续发展。     

金属切削过程中刀具热变形对加工精度的影响

基于数值模拟技术,借助于大型通用有限元软件ANSYS,成功地模拟出了金属切削过程中的切削力、切削热产生变形等问题.再通过有限元后处理结果来验证与理论分析的合理性和正确性.     

切削加工尺寸精度模糊智能控制的研究

针对金属切削加工中影响工件尺寸精度非线性因素众多 ,精确数学模型难以建立的特点 ,提出尺寸加工精度控制的模糊智能化方法 ,设计了自寻优模糊控制器 ,实现了工件尺寸精度在线智能监控。仿真试验结果表明 ,这种控制器具有很好的鲁棒性 ,获得了满意的控制效果。     

API Spec 7-2《旋转台肩式螺纹连接的加工与测量》讨论

介绍API Spec 7-2第1版和API Spec 7第40版的螺纹加工和测量部分在基本尺寸、低扭矩结构、紧密距公差上的差异;分析API Spec 7-2第1版新增加的基准标记、其它旋转台肩式连接、计算等内容;讨论这些变化对螺纹加工和测量的影响;指出API Spec 7-2第1版的技术错误、编辑错误和一些不足,并给出修改意见。     

基于线性插补加工零刃带螺旋回转面刀具的精度研究

针对多轴线性插补方法加工零刃带回转面刀具建立了刃带宽度误差的分析模型,兼顾分析了两个几何体——砂轮大圆和锥面,在工件表面按一定规律运动时对刀刃宽度的精度影响,给出了减小误差的方法。同时提出了刀刃节点交错的刀位(CL)轨迹计算原理,可以大大改善刀具加工工件的表面质量,此方法简单可靠,具有通用性。     

基于刀具可靠性的切削用量优化

提出了基于刀具可靠性的切削用量优化新模型。用新模型得出的最佳切削用量优于用传统模型得出的切削用量。根据此模型，最佳切削用量随刀具可靠度水平的升高而降低；对于不同的切削过程，都存在着一组最佳的切削用量和一个最佳的刀具可靠度水平。提高刀具的固有可靠性可以有效地降低加工成本。刀具可靠度的水平越高，提高刀具固有可靠性的效果就越好。     

热管车刀的研制

本文根据实际车刀的要求,设计了一种新型热管车刀,并对热管车刀和普通车刀进行了比较详细的传热计算。最后,作了切削温度和刀具磨损对比实验,实验结果表明：（1）由于热管车刀有效地降低了切削区的温度,从而提高了切削效率2～3倍,刀具耐用度也有了明显的提高。（2）热管车刀的传热计算与实验结果基本相符,因此理论计算公式具有参考价值。（3）为热管新技术在车削加工中的应用提供了一个新的途径。（4）对高温耐热合金钢的加工具有重要意义。     

CUTTING PERFORMANCE AND WEAR MECHANISM OF Si3N4-BASED NANOCOMPOSITE CERAMIC CUTTING TOOL IN MACHINING OF CAST IRON

A type of Si₃N₄-based nanocomposites ceramic cutting tool material was prepared by the addition of nano-scale Si₃N_4W whisker and nano-scale TiN particle. Cutting performance of the Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite ceramic tool in machining of cast iron was investigated in comparison with a commercial sialon ceramic tool, and the tool wear mechanism was studied. The two types of cutting tools have similar cutting performance at relatively low cutting parameters, while Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite tool exhibits a better wear resistance than sialon tool at the relatively high cutting parameters. The wear of sialon ceramic cutting tool is dominated by the plastic deformation, abrasive action, microcracking, pullout of grains and chemical action at the higher cutting parameters. The higher mechanical properties, and the refined matrix grains, intragranular TiN grains and dislocation in the microstructure improve the resistances to plastic deformation, microcracking, and pullout of grains for Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite ceramic cutting tool. The wear of Si₃N₄/Si₃N_4W/TiN nanocomposite ceramic cutting tool is dominated by the abrasive and chemical actions at the higher cutting parameters.     

不带过渡段的圆锥壳体与圆筒连接时的强度研究

根据经典力学理论建立了求解圆锥壳与圆筒连接时的弯曲应力的理论,在此基础上,系统地研究了圆锥壳与圆筒连接时的强度问题。认为若按径向弯曲应力的控制值为3[σ]tφ,控制曲线与我国现行压力容器标准GB150-1998的规定基本一致,但发现圆锥壳的尺寸等参数,即半锥角α、径厚比γ/δ1、两连接壳体的厚度比τ等对环向强度的影响远比对径向强度的影响大。研究了圆锥壳的环向强度,详尽分析了环向强度依壳体尺寸等因素而变化的规律,并给出了一系列保证环向弯曲应力不大于3[σ]tφ的关联圆锥壳尺寸等参数(α、γ/δ1、τ等)的各种控制曲线和关系曲线及设计方法。     

基于三角网格曲面模型的刀位轨迹计算方法

离散三角网格模型在CAD/CAM中应用很广,但针对该模型的刀位轨迹自动生成算法并不多见。在正确重建网格模型的拓扑关系基础上,给出了新的曲面几何特性分析方法,并提出了具有特色的精确的刀位轨迹计算方法,克服了直接由网格模型求交计算刀位方式存在的精度问题。测试结果显示,该方法简捷、可靠,能够达到实用化要求,并显著提高了刀位计算精度和加工效果。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF DUCTILE MACHINING OF SILICON NITRIDE WITH A CUTTING TOOL OF DEFINED GEOMETRY

Recent experiments involving machining of silicon nitride at the micrometer scale has shown that silicon nitride behaves in a ductile fashion under high pressures and when the depth of cut is small. In this paper, a preliminary study of ductile machining of Silicon Nitride (Si₃N₄) using numerical simulations is reported. The commercial software package ADVANTEDGE is used to model the cutting process. The numerical simulations involve a parametric study carried out to understand the effects of cutting speed, feed, rake angle and tooltip radius to evaluate conditions that are conducive to brittle-to-ductile phase transition. The feed, tooltip radius and depth of cut are of the order of tens of micrometers and the cutting speeds range from 0.5 m/min to 300 m/min. The results indicate that machining of silicon nitride may be carried out in a ductile fashion for small tooltip radii, high negative rake angles and small depths of cut.     

MODELLING THE BASIC CUTTING ACTION AND MACHINING PERFORMANCE OF SINTERED METALLIC MATERIALS

Extensive ‘classical’ orthogonal cutting tests have been run to study and model the basic cutting action and machining performance of a popular sintered metallic material widely used in structural automotive components. These tests were also run to assess whether the ‘Unified-Generalised Mechanics of Cutting Approach’ to force and power prediction in practical machining operations such as turning and drilling is likely to be applicable to sintered materials. The orthogonal cutting tests have shown that the modified mechanics of cutting analysis, incorporating the edge force, was equally applicable to sintered metallic materials while comprehensive drilling and turning tests over a wide range of operation variables have shown good qualitative and quantitative correlation between predicted and measured forces and torques thus confirming the validity of the predictive force models for machining sintered materials. This investigation has provided further evidence of the generic nature of the predictive machining performance modelling approach developed at the University of Melbourne and its applicability to both conventionally produced and sintered metallic materials for structural components.

It has also been shown that the chip formation, cutting characteristics and mechanics of cutting analyses for the sintered metallic material for structural components, with its relatively high density and low porosity, are qualitatively similar to those for conventionally produced metallic materials. Quantitatively, however, the basic cutting quantities for use in the predictive force models are different and have to be established for each tool-workpiece material combination irrespective of whether the metallic material is a conventionally produced material or a sintered P/M material.     

刀具材料的历史、进展与展望

论述了刀具和刀具材料在人类历史发展中所起的重要作用。回顾了早期机械制造中曾经用过的刀具材料。重点阐述了现代刀具材料(高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料)的化学成分、制造方法、切削性能和应用范围。对21世纪中刀具材料的发展动向也作出了预测与展望。     

复合材料厚板单钉螺栓连接强度研究

在Abaqus有限元软件中,建立复合材料层合板单钉单剪螺栓连接结构的三维有限元模型,引入三维Hashin准则作为失效判据,同时考虑拧紧力矩因素,分别采用分区退化方案和整体退化方案对不同厚度层合板单钉单剪螺栓连接结构的失效过程和连接强度进行分析预测。计算结果与试验结果的对比表明:普通退化方案得到的位移载荷曲线折减不够,且最终不能下降,采用分区退化模型的计算结果较为准确;随着板厚的增加,螺栓连接强度呈下降趋势,且下降速度由快变慢,即随着层合板厚度的增加,结构承载能力的提升程度减小;合适的拧紧力矩可以增大结构的极限强度,过大的拧紧力矩不利于结构的承载。