微细铣削应力场和温度场的有限元模拟

采用有限元方法对微细铣削过程进行模拟,采用Johnson-Cook热力耦合模型作为工件材料模型,采用Johnson-Cook的剪切失效法则作为工件材料的失效准则,采用热力耦合平面应变杂交单元并使用自适应网格技术进行网格划分,刀具与工件间的摩擦采用滑动摩擦区和粘着摩擦区相结合的修正库仑定律.通过有限元分析,得到不同切削速度和刀具切削刃钝圆半径条件下形成切屑时的刀具旋转角度、不同每齿进给量条件下的应力场和温度场.分析结果为微细铣削机理的进一步研究奠定基础.     

精加工中刀具不同前角的有限元模拟研究

基于刚塑性有限元方法进行有限元仿真模型的建立,运用自适应网格(ALE)划分法对网格进行重新划分。运用Johnson-cook强化模型和剪切失效模型来定义切屑的形成。运用有限元软件对金属切削进行了二维切削模拟,分析刀具前角对切屑变形、工件表面应力分布、已加工表面质量及刀尖附近加工表面切削温度的分布等的影响。     

精密切削钛合金TC4表面残余应力的模拟研究

本文建立钛合金正交切削热一力耦合有限元仿真模型,采用自适应网格(ALE)技术及Johnson-Cook强化模型和剪切失效模型定义切削.通过对TC4切削过程的有限元模拟,分析了刀具刃口半径及材料的变形对已加工表面残余应力分布和表面质量的影响,并提出在切削钛合金时需采用较小的切削深度、较高的刀具锋锐度、较高的切削速度进行切削,以得到较好的表面加工质量.     

CVD金刚石刀具的微细铣削仿真及试验研究

为研究切削参数对CVD金刚石微铣刀切削性能的影响,运用扩展有限元法对CVD金刚石微刀具的铣削加工和刀具损伤应力进行仿真模拟,研究了铣削加工后工件的表面粗糙度随切削参数的变化规律,分析了切削参数对微铣刀失效的影响,并通过试验验证了仿真结果的正确性。研究结果表明:在CVD金刚石微铣刀加工TC4钛合金时,铣削深度和每齿进给量的增加不利于工件加工质量的改善;铣削速度增加对工件加工表面粗糙度影响较小;铣削深度是影响刀具失效的主要因素,铣削速度和每齿进给量是影响刀具失效的次要因素。     

刀具后刀面磨损量对切削力及加工表面粗糙度的影响

通过切削试验探索了在相同的工件材料、刀具材料、切削参数(切削深度、进给量)和不同的刀具磨损状态(后刀面磨损量)下,刀具后刀面磨损量(VB)对切削过程中的切削力及工件表面粗糙度的影响,并对这些影响的产生机理进行了讨论。     

高速硬态切削温度场和切削力动态变化的数值模拟

基于大型有限元软件ABAQUS仿真平台,建立了高速加工的有限元模型。该模型采用Johnson—Cook（JC）模型作为工件材料模型,采用JC破裂模型作为工件材料失效准则,刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和黏结摩擦区的修正库仑定律,并采用任意拉格朗日一欧拉方法实现切屑和工件的自动分离。通过有限元方法对AISI4340（40CrNiMoA）淬硬钢高速直角切削过程进行了数值模拟。通过改变刀具前角的大小,对高速硬态切削过程中刀具的温度场及切削力的动态变化进行了研究,探讨了它们各自的变化规律,研究结果有助于优化高速切削工艺,研究刀具磨损机理和建立高速切削数据库。     

干式硬态切削不同硬度材料下刀具磨损的预测分析

运用AdvantE dge软件提供的用户自定义Johnson-Cook模型和Usui磨损模型建立不同淬硬状态工件材料模型和刀具模型。对干式硬态车削过程进行有限元分析,得到PCBN刀具切削不同硬度Cr12MoV工件时刀具前刀面切削压力和切削温度,并判断出刀具磨损的变化规律。通过模拟分析得到模拟规律与实验规律基本符合,为工件材料的硬度选取提供合理参考。     

基于切削参数和刀具状态的车削功率模型

动态切削功率建模是切削功率信号用于切削过程监控的关键。本文首次建立了基于切削参数 (主轴转速、进给量、切削深度 (即背吃刀量 )、工件材料及刀具材料 )与刀具状态 (主要考虑后刀面磨损量 )的车削功率模型。试验证明 ,该模型基本能正确反映车削功率信号与刀具状态及各种切削参数之间的关系     

基于有限元的钛合金材料的切削加工技术研究

通过分析各种有限元软件的优缺点,选择DEFORM软件作为分析工具对钛合金材料Ti6Al4V的切削过程进行数值模拟,建立工件和刀具的正交切削平面应变的有限元模型,对金属切削加工过程进行了实时的仿真,为正确设计和合理使用刀具提供理论依据。     

基于数控加工的刀具及切削参数选用原则

随着数控机床行业的快速发展,金属切削加工的条件复杂多变,所需刀具的种类繁多。在刀具选取过程中,我们需要根据加工设备、加工种类、工件材料、工件结构、加工精度、工艺要求等方面来确定刀具种类、材料、几何角度等一系列刀具参数。此外,在实际加工过程中,也要根据机床、工件、切削液等加工情况综合考虑背吃刀量、切削速度和进给量等切削参数。     

SIMULATION OF CHIP FORMATION IN ORTHOGONAL METAL CUTTING PROCESS: AN ALE FINITE ELEMENT APPROACH

Lagrangian and Eulerian finite element formulations have been traditionally used for modeling of the orthogonal metal cutting process. In this paper it is shown that a more general formulation, the arbitrary Lagrangian-Eulerian method (ALE), may be used to combine the advantages and avoid the drawbacks of both methods in a single analysis. Due to the characteristics of the cutting process, ALE formulation offers a very efficient modeling approach for the cutting process. A comprehensive ALE model along with strain rate and temperature dependent constitutive equations and a contact/friction algorithm is used to analyze the thermo-elasto-plastic process of plane strain orthogonal cutting. Simulation results for cutting of low carbon free cutting steel are presented and compared with available experimental data obtained under similar cutting conditions. Good agreement between the numerical and experimental results is observed.     

基于ALE方法的AZ31B镁合金微铣削有限元仿真

基于任意拉格朗日—欧拉(ALE)法,以AZ31B镁合金为研究对象,采用考虑应变梯度理论修正的Johnson-Cook本构模型作为描述力学性能的材料模型,使用ALE自适应网格技术有效克服仿真过程中网格畸变过大的问题,运用ABAQUS/Explicit对微铣削加工过程进行非线性弹塑性有限元模拟,分析切削过程中的应力应变以及温度分布,探究微细加工过程中的尺度效应和最小切削厚度,为实际加工参数的选择提供参考。     

用数值仿真优选Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷刀具的切削参数

用数值仿真分析Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷刀具切削刃表面的温度场、应力场变化。采用瞬态和稳态有限元法确定模拟的初始变量,基于Deform2D和Johnson-Cook流变模型构建仿真切削模型,并对Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷刀具加工1045淬火钢进行仿真切削,实际切削和仿真切削的结果对比具有等同的一致性。结果表明,用Lagrange和任意拉格朗日欧拉方法获得稳态切削时刀刃接触表面的温度场和应力场,当改变切削速度和进给量参数时,将引起温度场和应力场的梯度变化,由此优选出最佳切削加工条件(切削速度vc、进给量f),为诊断陶瓷刀具的切削寿命和可靠性提供了理论数据。     

岩石切削过程中破坏机制的离散元分析

利用离散单元方法(DEM)对两种不同属性的花岗石样本模型进行了切割模拟,通过调整不同的切削参数计算并分析了岩石切削过程中的切削力、切削深度、切削比能及切削力倾角的变化规律,从细观上探讨了临界切深对岩石脆性破坏模式和塑性破坏模式及其转变的影响,指出了当切削深度逐渐增大时,破坏模式依次从塑性破坏模式到过渡破坏模式最后转变为脆性破坏模式,同时切削力倾角并不随切削深度变化。将离散单元法分析的结果与实际实验进行了比较,表明该方法是合理的。     

虚拟制造技术在切削加工中的应用

利用虚拟制造技术对金属的切削加工过程进行了模拟仿真研究。按照实际加工条件建立了切削模拟模型 ,按照国家标准建立的硬质合金可转位刀片的三维模型既考虑到真实的刀片几何形状 ,也考虑了其安装角度参数。利用软件DEFORM3D对金属切削过程中的切屑流动状态及过程中的温度场和应力场进行了模拟加工并分析了模拟结果。     

Numerical simulation for abrasive water jet machining based on ALE algorithm

In dealing with fluid impact and large deformation problems by traditional Lagrange grid, calculation failure often happens due to grid distortion. An abrasive water jet machining model is created to simulate the whole stage by software LS-DYNA from the jet into the nozzle to the workpiece material removal process using ALE (Arbitrary Lagrange–Euler) algorithm. The mesh for the abrasive and water is based on the ALE formulation, while the target mesh applies the Lagrange formulation. The effect of jet penetration is implemented by coupling the grids of ALE and Lagrange. The jet traverse speed is achieved by definition of the movement of ALE grid to reduce the mesh domain. The abrasive constitutive equations are also presented in this paper. The uniform mixture for abrasive and water is achieved by definition of volume percentage of the two materials in the initial ALE elements. Simulation results give the relationships between processing parameters and the cutting depth. The good agreement between simulation results and experimental data verifies the correctness of the simulation.     

斜角切削过程的数值模拟

借助于通用有限元软件ANSYS模拟出斜角切削的动态过程,并在此基础上对切削变形进行了研究,提出了一种获得剪切角的新方法。通过仿真计算和快速落刀试验,验证了该方法的可行性。     

涂层刀具前后刀面摩擦下界面应力分析

基于任意拉格朗日欧拉方法(ALE)建立金属正交切削加工的热力耦合的有限元模型,获得不同速度下切削稳定时涂层刀具前后刀面的接触应力、剪应力以及温度场。通过对涂层刀具施加已获得的刀具表面的应力场和温度场,分析了不同速度下摩擦分界点变化的规律以及对涂层基体界面应力的影响。结果表明,随着速度的增大,摩擦分界点逐渐有向前刀面移动的趋势,表明磨损的方式开始从后刀面磨损向前刀面月牙湾磨损转变,这与切削试验结果一致。同时随着速度的增大,涂层界面应力突变更加显著,表明高速条件下涂层更容易破坏,且速度越高,前刀面涂层破坏的几率越大。     

正交切削区应力应变场的数值模拟

采用弹塑性变形理论及数值模拟技术,对直角切削的变形过程进行有限元分析。建立了高速切削条件下正交切削的数值模型,模拟了切削过程中切削区应力、应变场的变化过程,为深入探讨切削机理及规律提供理论依据。