基于ABAQUS高速切削Ti-6Al-4V切削状态的有限元仿真

文章基于Abaqus/Explicit的Johnson-Cook材料模型以及断裂准则模拟高速正交切削Ti-6Al-4V,仿真分析了切削速度、切削深度、刀具前角变化时对平均切削力以及锯齿状切屑形态的影响.研究结果表明:切屑锯齿化程度和齿距随切削速度和切削深度的增加而增大,随前角的增加而减小.平均切削力在切削速度为60m/min-180m/min时趋于平稳,随切削深度增加而增大,随前角增大而减小.     

高速切削淬硬AISIH13锯齿形切屑形成机理研究

以高速切削淬硬AISIH13锯齿形切屑形成机理为研究目标,应用Deform 2D软件模拟分析切屑形成过程,并以试验验证仿真分析的可靠性,然后分析淬硬AISIH13锯齿形切屑形成过程中的应力、应变、温度及损伤变化规律,并从切屑微观结构和EDS图分析切屑形成特征。结果表明,受刀具推挤作用,在第一变形区中部萌生材料损伤,继续切削,损伤逐渐增大,最终压扁成狭长带,切屑节沿此弱化带剪切滑移而形成锯齿。     

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。     

切削速度对锯齿形切屑形成的影响规律

为研究TC4切削加工过程中切削速度对锯齿形切屑破坏程度的影响,对TC4进行单因素切削试验，分析TC4的动态行为，并进行有限元仿真，进一步探究锯齿形切屑影响因素以及切屑与切削速度之间的联系。结果表明：在TC4切削过程中，随着切削速度的提高，切屑的锯齿状越来越明显；通过数值计算得出，TC4的能量势垒随着切削速度增大而降低，而绝热剪切带内部应力、应变随着切削速度提高而增大，切削速度越高越容易形成锯齿形切屑。     

基于J-C模型的Ti6Al4V切屑成形有限元模拟与分析

为了研究材料流动应力参数对高速切削加工中切屑形成有限元分析的影响,通过对材料本构模型、切屑分离、切屑断裂和刀-屑接触摩擦等进行建模,建立了切削加工的有限元模型,并验证了模型的正确性.基于该模型模拟了Ti6Al4V钛合金J-C模型在三组不同材料M1、M2和M3的参数条件下,利用DEFORM软件仿真模拟高速切削时切屑的形成过程,均得到了与试验相吻合的锯齿状切屑.与试验结果相比,M1的模拟效果最理想,M2和M3次之,从而为有限元模拟高速切削钛合金提供了较好的仿真手段和理论依据.     

锯齿形切屑绝热剪切塑性变形

通过正交切削实验获得不同切削速度下的切屑,在扫描电镜下测量不同切削速度下切屑的微观几何形态与仿真结果进行比较。结果表明,仿真模型较好模拟了切屑的微观几何形态。对钛合金切削加工过程中的锯齿形切屑形成过程进行了仿真,分析了锯齿形切屑形成过程中等效应力、等效应变、等效应变率的分布变化规律。     

PCBN刀具切削中锯齿形切屑形态的动态切削力识别

精密硬态切削过程锯齿形切屑对动态切削力、切削温度波动、PCBN刀具寿命和已加工表面质量有重要作用。本文依据锯齿形切屑锯齿的形成和终了过程可以在动态切削力高频信号中体现出来的特征，采用小波分析硬态切削力的高频信号，分析结果表明不同形态的锯齿形切屑形态对应不同的切削力高频信号。从切削力高频信号的切削速度、进给量、采样频率和时间可以定性描述锯齿形切屑形态和剪切失稳的特征参数。依据Shaw建立的锯齿形生成频率模型。在精密硬态切削条件下，锯齿形切屑的生成频率要远小于切削力高频信号的频率，高速切削条件下两者频率逐渐趋于相等。实验及分析结果表明可以采用动态切削力的小波分析来判别锯齿形切屑的基本特征。     

钛合金高速切削切屑形成机理的有限元分析

钛合金在切削加工时容易产生锯齿状切屑，周期性的锯齿状切屑会引起切削力高频波动，从而影响加工表面质量和刀具寿命。然而其切屑形成的机理尚无统一的结论。本研究采用刚塑性有限元模型以及正交化Cockroft—Latham断裂准则，对钛合金Ti6A14V高速正交切削进行了仿真。仿真结果显示，周期性断裂理论能很好地解释钛合金锯齿状切屑形成的机理，主剪切变形区应力状态的变化是裂纹萌生与扩展的主要原因。研究结论与相关试验切屑显微照片特征相吻合，可以为实现钛合金高速切削提供理论依据和技术支持。     

一种Ti6Al4V的本构参数模型及其有限元仿真研究

利用SHPB实验研究得到了Ti6Al4V在高应变率条件下的应力-应变关系,拟合出了一种Ti6Al4V的J-C本构方程的新的参数模型。在此基础上,基于ABAQUS软件的Explicit分析,建立了Ti6Al4V高速铣削的二维简化模型并进行了仿真研究。仿真结果表明:热塑性失稳和塑性侧滑是引起锯齿形切屑的主要原因;锯齿化程度Gs随着铣削速度的增加而降低,随着进给速度的增加而增加,揭示了锯齿形切屑的形成过程并对高速铣削Ti6Al4V的加工参数选择提供了参考。进行了实际的高速铣削实验,实验表明:仿真所得切屑形状与实验所得切屑形状吻合度较高。     

置氢Ti-6Al-4V合金的切屑形成过程与机制

利用金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜对置氢Ti-6Al-4V合金的微观组织和相组成及切屑形貌进行了观察分析,采用分离式Hopkinson压杆试验测试置氢Ti-6Al-4V合金的动态力学性能,研究氢对Ti-6Al-4V切屑形成过程及切屑形态的影响,探讨置氢Ti-6Al-4V合金的切屑形成机制。结果表明:置氢后Ti-6Al-4V合金切屑的收缩系数增加,表面层片结构尺寸减小,切屑锯齿化程度减轻;氢含量低于0.4%(质量分数)时,局部材料热塑失稳是形成锯齿切屑的主要原因,随氢含量增加,钛合金切屑的绝热剪切现象减轻,随着氢含量的进一步增加,锯齿切屑的形成是由微裂纹而致。     

Critical cutting speed for onset of serrated chip flow in high speed machining

The transition of continuously smooth chip flow to periodically serrated chip flow as the cutting speed increasing is one of the most fundamental and challenging problems in high speed machining. Here, an explicit expression of the critical cutting speed for the onset of serrated chip flow, which is given in terms of material properties, uncut chip thickness and tool rake angle, is achieved based on dimensional analysis and numerical simulations. It could give reasonable predictions of the critical cutting speeds at which chips change from continuous to serrated for various metallic materials over wide ranges of uncut chip thickness and tool rake angle. More interestingly, it is found that, as the turbulent flow is controlled by the Reynolds number, the transition of the serrated chip flow mode is dominated by a Reynolds thermal number. Furthermore, the influences of material properties on the emergence of serrated chip flow are systematically investigated, the trends of which show good agreement with Recht’s classical model.     

电弧喷涂Ti6Al4V涂层组织与耐磨损性能

采用ZPGD-400型电弧喷涂机在Q235钢基体上喷涂Ti6Al4V涂层,并借助扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计及滑动磨损试验机对喷涂涂层的显微组织、结合状态、硬度以及磨损表面进行分析.结果表明,Ti6Al4V涂层组织呈典型的层状特征,孔隙少,涂层与基体结合紧密,涂层平均显微硬度1013 HV0.2其耐磨损性能为Q235钢的20倍,磨损机制主要为剥层磨损和粘着磨损.     

Ti6Al4V车削刀具磨损及切削力研究

Ti6Al4V是典型的难加工材料，切削效率低、刀具磨损严重严重，因此提高Ti6Al4V的加工效率和刀具寿命是急需解决的问题。作者对硬质合金刀具加工Ti6Al4V的切削力和磨损特性进行了实验研究。对三种不同刀具在干切削状态下车削Ti6Al4V切削力进行了试验，分析了切削力与切削速度、切削路程的关系，同时讨论了主偏角对TC4车削稳定性的影响。最后，对刀具的的磨损形态和磨损机理进行了研究。粘结、扩散、氧化是硬质合金刀具的主要磨损机理。     

Ag离子注入Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能研究

采用注入不同剂量5×1016, 1×1017, 5×1017和9×1017ions/cm2,加速电压30 kV对Ti6Al4V合金进行Ag离子注入表面改性。使用动电位极化曲线研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,利用小角掠射X射线衍射技术研究Ag离子注入前后Ti6Al4V合金表面物相组成,用X射线光电子能谱技术分析离子注入合金表面和腐蚀样品表面元素存在的化合态。结果表明,Ag离子注入提高了合金抗Hank’s溶液腐蚀性能,腐蚀电流密度随Ag离子注入剂量的增加稍有变化。离子注入Ti6Al4V合金表面的氧化物腐蚀阻挡层、离子注入表面合金层和表面生成的Ag和TiAg有利于合金抗Hank’s溶液腐蚀性能的改善     

Characteristics and wear performance of borided Ti6Al4V alloy

In this study, a 10 µm thick uniform boride layer, composed of TiB₂ and TiB phases, was formed on the surface of a Ti6Al4V alloy using a pack boriding technique. The hardness of the boride layer was over 2000 HV. Beneath the boride layer, a boron diffusion zone (BDZ) appeared with a thickness of about 50 µm. The microstructure of the BDZ was composed of randomly oriented TiB whiskers mixed with the structure of the base metal. In the BDZ, hardness decreased gradually towards the base metal owing to the reduction of the TiB volume fraction. The borided alloy exhibited excellent wear resistance along with a lower coefficient of friction against sapphire ball under both dry and smear lubricated sliding conditions when compared to the as-received state.     

Ti6Al4V表面激光熔覆NiCrBSi+B4C涂层的组织结构

选用NiCrBSi及2％民C混粉在Ti6Al4V合金表面进行激光熔覆处理，使基体中的Ti和B4C发生化学反应原位生成TiC、TiB2硬质增强相，制备出TiC与TiB2等增强相增强钛基复合材料涂层。综合运用XRD、SEM、EPMA和TEM等分析手段研究了优化熔覆工艺条件下的NiCrBSi＋B4C激光熔覆层的组织结构与相组成，并对复合涂层进行了硬度测试，结果表明：NiCrBSi＋2％B4C熔覆层的微观组织是在γ—Ni和Ni3Ti＋Ni3B共晶的基体上均匀分布着TiB2、TiC、CrB等相的多元组织，激光熔覆层的硬度比Ti6Al4V基体硬度提高到3～4倍。     

外科植入物用Ti6Al4V(ELI)合金棒材的成分、组织和力学性能

对国内外外科植入物用Ti6Al4V(ELI)合金棒材的成分、组织和力学性能进行分析、比较,发现国内产品在一定程度上与国外产品相当,但存在成分、组织和性能等方面稳定性的差异.西安赛特金属材料开发有限公司通过近几年的生产实践,探索出有效控制该合金棒材成分、组织和性能的方法,为国内医疗器械行业提供一种高品质的棒材.     

Electrical discharge machining of Ti6Al4V with a bundled electrode

The aim of this study is to investigate an efficient Ti6Al4V electrical discharge machining (EDM) process with a bundled die-sinking electrode. The feasibility of machining Ti6Al4V with a bundled electrode was studied and its effect on EDM performance was compared experimentally using a solid die-sinking electrode. The simulation results explain the high performance of the EDM process with a bundled electrode by through the use of multi-hole inner flushing to efficiently remove molten material from the inter-electrode gap and through the improved ability to apply a higher peak current. A 3-factor, 3-level experimental design was used to study the relationships between 2 machining performance parameters (material removal rate: MRR, tool wear ratio: TWR) and 3 machining parameters (fluid flow rate, peak current and pulse duration). The main effects and influences of the 2-factor interactions of these parameters on the performances of the EDM process with the bundled electrode are discussed.     

Na2SiO3电解液体系下正负向电压对Ti6Al4V合金微弧氧化膜层特性的影响

采用Na2SiO3电解液体系,在不同的正、负向电压条件下对Ti6Al4V合金进行微弧氧化.利用测厚仪、SEM、XRD等手段分析微弧氧化膜厚度、表面形貌、相组成,研究正、负向电压对氧化膜层特性的影响规律.试验结果表明,负向电压恒定在80V时,随着正向电压由350V增加到400V,氧化膜厚度由48μm增加至94μm;固定正向电压为380V,负向电压由50V增加至90V,氧化膜厚度先增加,后减小;正、负向在380V/80V时获得的氧化膜致密且与基体结合良好;正向电压增加,有利于得到更多的锐钛矿相TiO2;增加负向电压,有利于得到更多的金红石相TiO2.     

Ti6Al4V合金离子渗Mo组织结构及其腐蚀性能研究

利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金基体上制备渗Mo改性层，并与Ti6Al4V基材对比考察在0.5mol／L HCl溶液中的电化学腐蚀性能及在沸腾的37％HCl中的化学腐蚀性能．结果表明，与基材相比Mo改性层在0.5mol／LHCl溶液中的自腐蚀电位提高，腐蚀速率增大；在37％HCl中腐蚀速率明显降低．