铝合金铣削残余应力的研究进展

随着航空航天和汽车工业的发展,铝合金因其优良的性能得到了广泛应用,但铝合金铣削时出现的加工变形问题日益突出。铣削过程中产生的残余应力是导致加工变形的主要原因,相较于传统试验方法,有限元模拟仿真研究残余应力具有省时省力、节约成本的优点,更能获知应力场、应变场、温度场等重要信息,因此采用有限元技术对切削加工进行数值仿真将是未来研究铝合金结构件变形问题的大趋势。本文阐述了近年来国内外有限元模拟铣削过程的研究进展,总结了不同条件下对铣削铝合金残余应力的分析及研究成果。     

铣削内螺纹表面的残余应力仿真分析

螺纹连接应用广泛于各个领域,其表面残余应力严重影响工件表面质量和工件使用寿命,因此对铣削内螺纹加工表面的残余应力研究尤为重要。为研究不同铣削参数对45钢在铣削内螺纹过程中螺纹表面残余应力的影响,利用有限元分析软件建立3D铣削内螺纹的仿真模型,研究铣削过程中内螺纹表面残余应力与切削参数之间的变化规律。采用单因素控制变量法,在保证其它两个切削参数不变的情况下,分析当前切削参数对残余应力的影响。研究结果表明,铣削内螺纹时,应在合理范围内选取较小的切削速度、进给量和切削深度,以降低被加工材料表面残余应力,减小表层金属塑性变形范围,延长工件使用寿命。     

微铣削高温合金GH4169表面残余应力分析与预测优化

运用ABAQUS有限元软件对硬质合金立铣刀微铣削高温合金GH4169进行仿真,建立了三维微铣削有限元模型,分析了主轴转速、每齿进给量、轴向切削深度的改变对工件逆铣侧面残余应力的影响。分析结果表明:工件表面残余应力随着主轴转速的增大而增大;因刀刃半径的存在和尺寸效应的作用,残余应力随每齿进给量的增大先增大后减小;残余应力随铣削深度的增大而增大。最后运用神经网络群遗传算法以最小残余应力为目标对残余应力进行了预测和切削参数优化,得到了基于最小残余应力的最佳切削用量组合。     

航空不锈钢铣削表面残余应力试验

为了研究耐热不锈钢1Cr11Ni2W2Mo V切削用量对加工表面残余应力的影响规律,采用正交试验法进行铣削试验。建立了切削用量与加工表面残余应力之间的经验公式,并分析了铣削用量对加工表面残余应力的影响规律。结果表明,加工表面的进给方向(X方向)和垂直进给方向(Y方向)都会产生残余拉应力;在选用的铣削参数范围内,每齿进给量对X方向残余应力的影响最为显著,铣削速度对Y方向残余应力的影响最显著;X方向和Y方向表面残余应力都随铣削速度和进给量的增加而增加,随切削深度的增加而减小。     

合金结构钢对称端面铣削残余应力试验研究

以合金结构钢SCM420H为对象,采用试验法研究了对称端面铣削对其残余应力的影响。设计了长方体的金属板工件,并选择了7个关键点;对金属板进行对称端面铣削后,测量了铣削表面和不同深度层这7个点的残余应力分布。结果表明,铣削后金属板的浅层呈现出规律性较强的的拉伸残余应力,之后变化为数值比较接近的压缩残余应力,最后残余应力稳定在零附近。选择金属板上最有代表性的中心点,研究了主轴转速、铣削深度和每齿进给量对残余应力和最大压缩残余应力层深的影响,为合理选择对称端面铣削参数提供参考。     

超声振动铣削加工Ti6Al4V的表面残余应力研究

建立了包含振动铣削、移除铣刀、载荷释放及降温等多个分析步的超声振动铣削三维有限元模型,对铣削表面的残余应力进行了仿真。通过有限元计算,得到了不同振动参数和铣削用量条件下加工表面的残余应力大小与分布情况,并根据振动切削表面残余应力的影响机制对仿真结果进行了分析。研究结果表明,对工件施加超声振动后,切削表面残余拉应力值明显减小;振动参数和铣削速度对残余应力的影响较大,而进给量对残余应力的影响较小,并通过相关实验验证了有限元仿真结果的正确性。     

高速铣削加工汽车覆盖件模具表面残余应力研究

汽车覆盖件模具的高速加工具有特征型面形状复杂、材料硬度大、结构尺寸大、表面精度要求高等特点,在高速切削加工过程中,属于难加工产品。一些学者对其高速铣削加工进行了研究,但对其表面残余应力的研究较少。残余应力的存在促使疲劳裂纹的形成与扩展、促进腐蚀、促进模具的关键型面变形,因此汽车覆盖件尺寸的稳定性和加工质量与其密切相关。本文在数值模拟思想的指导下,利用有限元解法,研究了高速铣削加工表面的残余应力对加工变形的影响,给出了预测残余应力数值的解析模型。     

高速铣削加工汽车覆盖件模具表面残余应力研究

汽车覆盖件模具的高速加工具有特征型面形状复杂、材料硬度大、结构尺寸大、表面精度要求高等特点,在高速切削加工过程中,属于难加工产品。残余应力的存在促使疲劳裂纹形成与扩展、促进腐蚀、促进模具的关键型面变形,因此汽车覆盖件尺寸的稳定性和加工质量与其密切相关。本文在数值模拟思想的指导下,利用有限元解法,研究了高速铣削加工表面的残余应力对加工变形的影响,给出了预测残余应力数值的解析模型,具有重要的理论及现实意义。     

干式铣削对淬硬钢表面残余应力的影响研究

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响.运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4％,...     

SiC_p/Al复合材料铣削残余应力的有限元分析

SiC_p/Al复合材料属于典型难加工材料,大量Si C颗粒离散分布其中,导致在铣削加工高体积分数SiC_p/Al复合材料时,加工表面容易出现应力分布不均现象,严重影响材料的稳定性。为了研究SiC_p/Al复合材料加工表面残余应力,通过ABAQUS有限元分析软件建立了SiC_p/Al复合材料三维铣削有限元模型,并分析了切削工艺参数对残余应力的影响。结果表明:切削速度对残余应力变化影响较小,每齿进给量对残余应力变化影响较大,所得结果与经验计算值吻合较好。     

球头铣刀骨铣削力有限元建模与试验验证

在骨科手术中,铣削力对骨裂纹和加工表面质量影响较大。由于临床球形骨铣刀结构复杂,目前尚无有效的理论模型预测切削力。通过引入三维有限元模型模拟球形铣刀加工骨材料过程,评估不同加工参数下的铣削力值。搭建骨铣削试验平台模拟临床操作中的铣削过程,并利用采集到的加工信号分析铣削力。通过试验结果与仿真结果的对比,验证了有限元仿真模型的合理性。该骨铣削有限元模型能够满足不同加工参数下铣削力预测精度的要求,方便指导医生根据不同要求选择合适的加工参数。     

考虑铣削残余应力的压弯成形仿真计算方法

针对铣削加工引起的残余应力影响工件压弯成形过程中弹塑性应力分布并最终影响成形工件形状精度的问题,提出考虑铣削残余应力的压弯成形仿真计算方法。首先基于弹塑性理论推导了压弯成形应力计算公式,然后建立了考虑铣削残余应力的压弯成形有限元模型,研究了铣削残余应力对压弯成形应力应变分布及回弹的影响规律,采用数值方法建立了考虑铣削残余应力的压弯成形应力计算公式。结果表明:该有限元模型可以用于研究压弯成形应力应变变化规律,低速铣削产生的残余压应力对压弯成形卸载前的应力分布和压弯卸载后上下表面的切向应变影响最大,高速铣削引起的铣削残余应力使得试件压弯卸载后弯曲角度最小,变形程度最大。     

钛合金铣削加工表面残余应力研究

金属切削加工引起的残余应力对零部件变形、疲劳性能有重要影响,通过选择合适的加工参数对其进行控制是可能的。目的在于研究钛合金铣削加工中铣削参数对已加工表面残余应力的影响,利用X射线衍射技术测量进给方向和铣削方向的残余应力。为保证X射线应力测量精度,采用摇摆法和峰拟合定峰方法。试验结果表明,钛合金顺铣加工表面残余应力表现为压应力,主要是由于刀具后刀面与已加工表面的挤光效应起主导作用所致。沿铣削方向和进给方向,切削参数对工件表面残余应力影响具有差异性。通过控制切削参数有可能生成定制化的应力。     

叶轮叶片铣削残余应力模型的建立与验证

叶轮的疲劳危险部位处于分流叶片前缘,而决定分流叶片前缘残余应力的主要工序是叶片铣削加工.为了模拟叶片铣削过程中的残余应力状态,本文结合材料特性、刀具设计以及加工过程,完成了球头铣刀的三维建模.在此基础上考虑金属动态变形、材料失效、接触摩擦以及力热变换等因素,建立了叶轮叶片的铣削残余应力仿真计算模型,并对模型进行了试验验...     

GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化

GH4169材料在航空、航天热端部件的制造中应用较多,为了改善GH4169材料的工件疲劳寿命、提高加工效率,文章设计了GH4169铣削工艺参数与工件表面残余应力之间的正交试验。通过试验,建立了铣削参数与铣削表面残余应力之间的经验公式,分析了铣削参数对铣削表面残余应力的影响规律。另外,应用遗传算法,以铣削表面残余应力、材料切除率的期望值为优化目标,对铣削参数进行了多目标优化,并对优化结果进行了试验验证。结果表明：切削速度对X、Y向残余应力的影响是最主要的,每齿进给量对于X向残余应力的影响次之,对于Y向残余应力的影响最小;切削深度对于X向残余应力的影响最小,对于Y向残余应力的影响次之;较小的切削速度和较大的每齿进给量有利于获得期望的表面残余应力,切削深度的变化对残余应力的影响较小;优化的铣削参数组合为：vc=26.64 m/min,ap=0.45 mm,fz=0.10 mm/z,ae=0.25 mm,可以降低GH4169材料表面残余拉应力,提高切削效率,为GH4169零件铣削参数的选取提供依据。     

高速铣削 Inconel718已加工表面残余应力的有限元分析

利用有限元法对镍基高温合金Inconel 718的高速正交铣削进行模拟仿真,获得切削力、切削温度和残余应力.结果表明在仿真切削速度100-3000m/min范围内,刀尖峰值温度随切削速度提高而增大,由于高温造成工件软化,从而使切削力随切削速度增大而减小;残余应力层深度在已加工表面O.5mm以下,最大表面残余应力为拉应力...     

焊接残余应力引起铣削加工变形的研究

焊接过程会产生残余应力,铣削加工后焊接残余应力释放和重新分布对铣削变形产生很大影响.为了研究残余应力释放和重新分布规律,采用有限元方法以最小焊接残余应力作为初始应力对铣削加工进行了数值模拟,获得了焊接试验件铣削加工残余应力和变形,并对焊接残余应力释放和重新分布以及加工变形进行了分析.