钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用Johnson- Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热-机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律.结果表明:已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力.表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小.各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小.     

切削加工残余应力的有限元分析

在切削加工中,为了提高已加工工件的表面质量,需要研究切削速度和进给量对已加工工件残余应力的影响规律。根据弹塑性有限元理论,利用有限元软件建立了切削模型,得到了不同切削速度和进给量下已加工工件的残余应力。结果表明,增大切削速度有利于增大深层压应力,同时也会增大表面拉应力;增大进给量有利于增大深层压应力,但对表面拉应力的影响无明显规律。     

切削加工表面残余应力研究综述

随着高性能制造技术的发展,对零部件的加工质量提出了更高的要求,已加工表面残余应力作为表面加工质量的重要指标,对机器零部件的使用性能有极大的影响。本文介绍已加工表面残余应力对零件使用性能的影响,论述了切削力和切削温度的研究现状及影响因素;综述了已加工表面残余应力的发展现状并阐述残余应力产生机理及其对表面机械性能的影响;总结了影响加工表面残余应力的因素,从而控制已加工表面残余应力,提高机械加工表面质量。     

基于有限元的切削加工仿真及残余应力分析

基于热弹塑性有限元理论在DEFORM3D软件中建立正交切削加工有限元模型.建模过程中考虑了工件材料本构关系、局部网格自动重划分、刀屑摩擦、切屑分离等影响切削仿真的关键因素,分析了切削过程中工件等效应力的分布.对工件在不同切削速度下的残余应力进行分析和比较,得出两者之间的定性影响关系.     

切削加工表面残余应力的有限元计算

介绍了热-力耦合有限元理论对加工表面残余应力进行的预测和计算,并借助于有限元软件对切削过程进行仿真,得到了加工表面残余应力的分布规律。     

预应力切削加工TC4钛合金表面残余应力的有限元模拟

采用预应力切削方法对TC4钛合金进行加工,建立了预应力切削TC4钛合金的有限元模型,模拟了不同预应力下锯齿状切屑的形成过程及加工表面的残余应力分布情况,然后将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:预应力切削可以调整已加工表面的残余应力分布状态和应力值,在弹性变形范围内,预应力越大,加工后表面的残余压应力越大,残余压应力的分布也越深;预应力对锯齿状切屑的形成无明显影响;模拟结果和试验结果具有较好的一致性。     

椭圆振动切削的表面残余应力有限元模拟研究

基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)网格划分方法建立了椭圆振动切削有限元仿真模型,模拟了椭圆振动切削过程中切削力的变化规律,并将模拟获得的切削力平均值与相同工艺参数下Kim等人[1]所做的超声椭圆振动切削V型槽实验获得的切削力平均值比较,验证了有限元模型的正确性。利用建立的二维有限元模型模拟了椭圆振动切削和普通切削表面残余应力的分布情况,对比结果表明,采用椭圆振动切削的工件已加工表面在一定深度内形成了分布均匀的表面残余压应力,而普通切削情况下工件已加工表面并没有形成有效的残余压应力,从而预测了椭圆振动切削不仅能够降低切削力、延长刀具使用寿命,还对提高工件表面完整性、增强疲劳寿命和抗腐蚀能力等具有显著的作用。     

超声振动切削铝合金表面残余应力的有限元仿真

针对航空铝合金结构件加工的表面质量问题,利用有限元软件ABAQUS建立了基于Johnson-Cook本构的铝合金7050-T7451二维正交热力耦合模型。在相同的切削参数下,比较了传统切削、横向(即切削方向)振动切削和纵向(即轴向)振动切削加工的表面层残余应力,并研究了超声振动切削参数、振动频率、振动幅值下,对残余应力的影响规律;通过引用相关文献残余应力的实验数据,验证了仿真模型的正确性。研究结果表明:3种切削方式的表面残余应力均为压应力,沿深度方向向残余拉应力过渡,并且振动切削可以明显提高工件表面的残余压应力;表面残余压应力随切削速度和切深的提高而减小,表面残余压应力随着振幅或频率的增大而逐渐增大。     

切削加工表面残余应力的理论预测

对零件已加工表面的形成过程进行分析，提出表面分离法的分析模型；自行研制了求解在移动载荷作用下的二维热弹塑性力学问题的有限计算软件－ＭＴＰｌａｓｔ；对切削的已加工表面残余应力进行理论预测，并与试验结果相比较，探讨残余应力的形成机理，为控制已加工表面的残余应力提供了理论依据。     

微切削已加工表面残余应力预测

准确预测残余应力对提高微小工件的可靠性非常重要.建立微切削残余应力的理论分析预测模型,应用有限元仿真方法,探求了不同切削速度和进给量下微切削45钢已加工表面残余应力分布规律,分析了切削速度和进给量对已加工表面残余应力的影响,为优化微切削过程和防止微小零件疲劳破坏提供可靠的依据.     

切削液对切削残余应力分布影响的实验研究

在分析切削液通过机械效应和热效应对工件加工表面残余应力产生作用的基础上,采用自来水和水性、油性、乳性切削液对45钢进行车削,对试样产生的残余应力和干车削试样比较,观察不同切削液对加工残余应力的影响特点。实验结果表明切削液可以降低残余拉应力或者增大残余压应力,作用效果和切削液冷却及润滑性能有关,同时受切削条件的限制;使用切削液有利于改善工件切削表面残余应力状态,可以把对残余应力的影响能力作为切削液性能评估内容。     

车铣加工表面残余应力的研究

金属切削用量对工件的表面残余应力有着重要的影响.通过单因素正交车铣残余应力实验,研究了车铣加工65#钢时,分别改变切削速度vc和轴向进给量fa两个切削用量对已加工件表面残余应力的影响规律,并进行了理论分析.同时对比了车铣加工与一般车削加工的残余应力状态.研究结果表明随着切削速度vc的提高,工件表面残余拉应力随之增大,但当切削速度vc超过188.4 m/min时,工件表面残余拉应力急剧减小出现压应力;增大轴向进给量fa,工件表面残余压应力减小.     

航空钛合金铣削过程有限元数值模拟

基于材料损伤理论确定了切屑分离准则,建立了钛合金TC4构件铣削过程的有限元模型,利用商业有限元软件(ABAQUS),在给定切削参数条件下,采用不同几何参数(前角、后角、螺旋角)的刀具对钛合金TC4的铣削过程进行了有限元模拟,研究了切削力和切削温度随刀具角度变化的规律,结果表明:铣刀的前角在10°~20°,后角为12°~20°,螺旋角为30°~45°时比较适合钛合金TC4的铣削。     

微晶玻璃超光滑表面残余应力的对比分析研究

通过对微晶玻璃、陶瓷、金属3个试件进行超精密加工,使试件表面粗糙度值达到纳米级,采用非破坏性的X射线衍射sin2ψ法测量原理对不同试件的残余应力进行了测试研究。结果表明：在试验条件下,3个试件都只存在残余压应力,并且陶瓷的残余压应力最大,金属残余压应力最小。超光滑表面残余应力的研究对提高表面完整性,改善加工工艺具有重要的意义。     

表面残余应力对涂层硬质合金刀具磨损影响的研究现状

涂层硬质合金刀具具有良好的抗机械和抗热载荷冲击性能,以及较低的摩擦因数,在常温及高温下耐磨损性能优异,广泛应用于难加工材料的精密、半精密加工。对涂层硬质合金刀具进行表面处理后,刀具表面残余应力会发生演变,并会对刀具磨损产生影响。介绍了针对以上问题的国内外研究现状,并对高性能涂层硬质合金刀具的未来发展进行了展望。     

Study of Residual Stress Distribution in the Machined Stainless Steel Components

The demand for high quality and fully automated production, coupled with advances in alloy development, focuses attention on the surface condition of products, especially the residual stresses on the machined surface because of its effect on component performance, longevity, and reliability. Although stainless steel is an important, material with wide application, it is not easy to obtain favorable surface condition, due to its sensitivity to thermal and mechanical operations. In order to obtain favorable surface conditions in a stainless steel component, it is necessary to have practical data which include information concerning tool wear, surface roughness and surface residual stress. In the research toward developing a machinability chart which can provide suitable cutting parameters for the high production rate and good quality surface, and can be used in computer controlled machining tools, surface residual stress distributions in the turning process for stainless steel were studied. Austenitic 304 stainless steel bars were selected as the workpieces and uncoated carbide tools were used in the tests. The obtained results will show residual stress conditions on the machined stainless steel components varying according to cutting conditions.     

基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。