介观尺度最小切削厚度模型与分析

针对介观尺度切削加工中存在的最小切削厚度,描述了最小切削厚度形成机理,提出了一种基于刀具刃口半径及工件和刀具间摩擦因数的最小切削厚度理论模型,并将切削参数代入理论模型计算出其最小切削厚度值为2.3μm。以钛合金Ti6Al4V为研究对象,基于Abaqus建立钛合金二维切削模型,通过仿真得出最小切削厚度值在2μm～3μm之间,从而验证了最小切削厚度理论模型的正确性。并分析了刀具刃口半径及工件与刀具间摩擦因数对最小切削厚度的影响,结果表明,最小切削厚度值与刀具刃口半径成正比,与工件和刀具间摩擦因数成反比。     

刀具切削刃钝圆半径对微细切削尺度效应的影响

针对微细切削加工中存在的尺度效应,研究了微细切削加工中尺度效应产生的机理,通过建立微细切削加工有限元模型,模拟并分析了微细切削加工过程的尺度效应,揭示了切削刃钝圆半径引起尺度效应的内在作用机理。     

钛合金介观尺度铣削表面粗糙度特征分析及工艺优化EI北大核心CSCD

为提高钛合金介观尺度铣削加工表面质量,以主轴转速、每齿进给量、轴向切削深度为主要研究因素,对介观尺度铣削表面粗糙度特征进行了分析,优化了工艺参数。考虑到介观尺度铣削加工的间断性切屑形成和单齿切削现象,分析了刀具转角与切削厚度及累计弹塑性变形次数的对应关系。在此基础上,设计了正交实验,将铣削表面划分为逆铣区域、中间区域和顺铣区域,通过方差分析确认每齿进给量是介观尺度铣削表面粗糙度最重要的影响因素。采用田口方法分别对局部区域加工工艺参数进行优化。实验结果表明,相对于中间区域,逆铣区域和顺铣区域弹塑性变形更频繁,表面粗糙度更高,以逆铣区域或顺铣区域表面粗糙度为优化目标时的优化效果更好。     

介观尺度心轴的表面粗糙度预测模型建立及参数优化

为控制惯性约束聚变靶制备中介观尺度心轴的表面粗糙度,提出一种应用旋转设计技术安排试验的方法,通过非线性回归分析,建立基于进给量、背吃刀量、主轴转速和刀尖角四个主要切削参数的介观尺度心轴的表面粗糙度二次预测模型。分析结果表明,该模型的拟合值能较好地反映心轴车削表面粗糙度,并且具有比理论表面粗糙度计算值更高的精度。在主要切削参数中,进给量和刀尖角比背吃刀量和主轴转速对心轴表面粗糙度的影响更显著。利用优化得到的最佳表面粗糙度为目标切削条件,选用直线切削刃超细晶粒硬质合金刀具,在φ0.6 mm的心轴上得到Ra16.53 nm的表面粗糙度。     

介观尺度微型铣床开发及性能试验

针对微机电系统(Microeletro mechanical system, MEMS)技术和超精密加工技术局限,开展面向介观尺度微细铣削技术的研究。首先根据介观尺度铣削的加工特点,对其机理研究的关键问题进行详细的分析和讨论,提出微细铣削理论的研究重点及研究方法。然后在分析微细铣削成形条件和加工要求的基础上,开发微型铣床系统,并对系统各组成子系统及性能指标进行描述。最后开展机床加工性能评估试验,通过精度测量、误差分析和误差补偿提高工作台的定位精度达到1.62 μm,采用直径0.127 mm铣刀开展微铣削试验,通过表面粗糙度测量和同心圆切削试验评估机床的加工精度,在此基础上通过复杂零件加工实例进一步说明机床的加工能力,论证小型化机床加工技术的可行性和实用性。     

介观区尺度的集成微光机机电系统的研究与应用

20世纪科学技术的高速发展,促使人们将科学视角一方面转向宇观世界的更深处,渴望藉此揭示宇宙起源之谜;另一方面,人们又把触角伸向微观物质世界的细微处,期望获得更细致、更精确的新知识体系。日本东京科学大学谷口纪男教授于 1974年提出了纳米技术 (nanotechnology)的概念。即随着精密加工技术的发展,精度要求的提高,加工精度达 1nm数量级的要求已提上日程。由于固体可确定的长度或可分辨的极限是原子之间或原子晶格之间的距离,即约为 0.3nm,因此, 1nm精度的加工所相应的最小去除尺寸单位必定是 1个原子尺寸,由此揭开了微 /纳米…     

金属切削变形常用本构模型研究进展

金属切削变形过程具有高温、高应变率和较大变形的特点。材料的本构关系是用来描述温度、应力、应变等与时间的关系,因此,确定切削区工件材料的本构关系是研究金属材料切削变形及其有限元仿真的关键。本文给出了金属切削本构模型的几种试验方法,介绍了金属切削仿真中常用的本构模型,总结了金属切削领域中本构模型研究存在的不足及未来发展趋势。     

切削刃钝圆半径对微切削过程的影响

基于有限元法对切削刃钝圆半径在微切削中产生的影响进行了研究。研究结果表明:较大的切削刃钝圆半径无法加工出微结构中比较尖锐的棱角结构;切削刃钝圆半径形成尺寸效应,并引起有效切削前角的变化;将三维切削仿真转化为二维切削仿真,可有效提高仿真效率;利用有限元仿真可获得最小切削厚度与切削刃钝圆半径的数值关系。     

微细切削的尺度效应研究

重点阐述了微切削中尺度效应对切削力和加工表面粗糙度的影响 ,通过切削试验测定了在微切削过程中切削用量对切削力和表面粗糙度的作用规律 ,并绘制了相应的曲线。在对数据分析的基础上 ,初步验证了微切削中的尺度效应理论。     

车削过程中工件的振动力学建模与分析

针对车削过程中工件受轴向移动三维切削力的动态作用,建立车削轴的振动力学模型,其中考虑被加工轴的直径和质量变化的影响。用Matlab软件对振动模型的运动方程进行数值求解,得到在不同车削条件下直径和质量随时间变化的轴的振动响应。计算结果表明,车削加工中工件直径和质量变化对工件的振动响应影响较大,载荷移动速度影响工件的振动幅度,该模型更符合实际车削轴加工过程的情况。     

车削过程切削力的计算机数值仿真

切削力是表征切削过程最重要特征的物理量,其动态变化将直接影响加工过程中刀具与工件的相对位移、刀具磨损和表面加工质量等,所以对切削力建模是进行加工过程物理仿真研究的基础。因此在基于实时工况的切削实验研究基础上,考虑切削参数的因素,利用BP（back pmpagation）神经网络建立车削过程中的切削力的仿真模型。通过大量的样本训练,使神经网络能够对切削力进行较准确地数值仿真。     

GENERATION AND TEXTURE OF SURFACES IN ULTRAPRECISION CUTTING OF COPPER

The texture of diamond-machined optical-quality surfaces on polycrystalline metals is strongly influenced by the anisotropic elastic and plastic properties of the work material. Plunge-cut experiments were carried out on coarse-grained OFHC copper specimens to examine the correlations between surface topography, process forces, and the orientation of individual grains. Three distinct surface microtopographies were found on individual grains regardless of cutting speed and tool radius. These microtopographies are closely linked with different cutting force levels, which also appear to influence burr formation in the cutting process. The crystallographic orientations of individual grains, which reveal different microtopographies after machining, were determined by X-ray diffraction to correlate the generated surface texture with the material properties.     

GENERATION AND TEXTURE OF SURFACES IN ULTRAPRECISION CUTTING OF COPPER

Abstract

The texture of diamond-machined optical-quality surfaces on polycrystalline metals is strongly influenced by the anisotropic elastic and plastic properties of the work material. Plunge-cut experiments were carried out on coarse-grained OFHC copper specimens to examine the correlations between surface topography, process forces, and the orientation of individual grains. Three distinct surface microtopographies were found on individual grains regardless of cutting speed and tool radius. These microtopographies are closely linked with different cutting force levels, which also appear to influence burr formation in the cutting process. The crystallographic orientations of individual grains, which reveal different microtopographies after machining, were determined by X-ray diffraction to correlate the generated surface texture with the material properties.     

预应力硬态切削加工过程的有限元数值模拟研究

基于预应力切削的原理,建立预应力硬态切削42CrMo钢的正交切削热力耦合有限元模型,采用剪切断裂失效准则、单元删除和任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian Eulerian, ALE)方法实现切屑的分离.研究工件材料的本构关系、切屑分离标准、刀屑接触面的摩擦模型以及热传导方程等切削模拟中的关键技术,得到不同预应力大小对加工表面残余应力的影响关系;将数值模拟结果与实验数据进行比较,两者具有较好的一致性.     

INFLUENCE OF FRICTION AND PROCESS PARAMETERS ON THE SPECIFIC CUTTING FORCE AND SURFACE CHARACTERISTICS IN MICRO CUTTING

For the production of small quantities of micro devices, machining is a low cost alternative to lithographic processing techniques. However, machining shows process specific size-effects upon miniaturization to the micrometer regime. Hence, the orthogonal turning process is chosen to study the influence of process parameters like uncut chip thickness h, cutting velocity v_c and cutting edge radius r_β on the cutting force and the surface plastification by two-dimensional, thermo-mechanically coupled finite element simulations. A rate-dependent plasticity law is used for investigation of a normalized medium carbon steel (AISI 1045). Furthermore, the characteristics of the influences of the different parameters are analyzed mathematically by similarity mechanics. In particular, the frictional effects on the cutting process are studied in detail using a friction coefficient μ based on experimental results, and the influences of the process parameters on the cutting force and the plastic deformation of the surface layer are determined numerically. These results are compared with experimental measurements. The specific cutting forces are analyzed and discussed in detail. Size-effects observed experimentally are also found by numerical simulations.     

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.     

水平井抽油杆柱力学模型的建立与分析

首先分析水平井筒里抽油杆柱的运动状态,考虑柱塞与悬点运动的不一致性,找出杆柱受力最大和最小的位置时刻,根据井筒中抽油杆柱的空间几何关系,考虑抽油杆的约束条件和井斜角、方位角的变化等边界条件后,建立抽油杆柱的力学模型,并对模型进行相关分析,对杆柱的优化设计和优化配套防偏磨的工艺具有一定的指导意义.     

电子束焊接数值模拟中分段移动双椭球热源模型的建立

直接利用移动双椭球热源模型对电子束焊接过程进行数值模拟时,计算量庞大,计算效率低下。为此,在移动双椭球焊接热源模型的基础上,经分析推导得到了分段移动双椭球热源数学模型,并通过实际的物理试验和数值模拟对该模型进行了验证。结果表明,采用该热源模型可以在保持良好计算精度的基础上极大提高计算效率,使模拟实际复杂焊接构件的焊接过程成为可能。