切削加工中的刀—屑接触区应力分布计算模型建立

切削加工中,刀—屑接触区的应力分布直接影响着切削加工性能、切削温度分布及刀具磨损等,本文通过对直角切削时的切削力的分析和刀—屑接触长度的计算,建立了刀屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,通过该模型可直接得到刀具前刀面的应力分布情况.     

高效切削钛合金时刀具磨损试验分析

针对航空发动机典型零件钛合金膜盘在加工过程中刀具磨损严重、加工效率低的问题,采用未涂层硬质合金刀具进行钛合金外圆车削加工试验研究,利用CCD观测系统和SEM的能谱分析（EDX）研究刀具刃口微观结构变化,分析刀具的磨损形态及不同切削条件和锯齿屑对刀具磨损的影响. 结果表明：钛合金外圆车削加工时,刀具磨损主要为粘结磨损、扩散磨损和氧化磨损,切削速度对刀具磨损影响较大,进给量次之,背吃刀量最小. 随着切削速度和进给量的增加,磨损加剧,锯齿屑的高频形成导致切削力的高频变化,这种高频率的冲击载荷在前刀面上产生应力和温度冲击,使刀具形成微裂纹,加速刀具磨损;使用冷却液可以减轻刀具后刀面粘结磨损和扩散磨损,从而可有效地控制刀具磨损.     

高速切削加工研究工作回顾

由于生产率和精确度高以及表面加工质量好,高速加工技术已成为一种先进制造技术.本文综述了近十年来上海交通大学在高速加工技术方面的研究工作,主要包括:通过优化刀具几何结构、刀具涂层优选和高性能涂层研发等研究,开发新型高速切削刀具;通过评估典型难加工材料的切削加工性能,系统研究难加工材料的高速切削加工机理;采用有限元方法对高...     

基于正交切削模拟的直齿圆柱铣刀前角优化

为了优化设计直齿圆柱铣刀前角以延长刀具使用寿命，建立了金属切削加工的平面应变有限元模型.该有限元模型基于切削加工的热 弹 塑性有限元方程和力学边界条件的简化，综合了切屑的几何和物理分离标准，利用修正的库仑摩擦定律定义了刀 屑间的摩擦.模拟了不同刀具前角和不同切削速度条件下的切削加工过程.结果分析表明，在相同材料去除率情况下，刀具前角越大，刀具前刀面上的切削温度越低，刀具具有较长的使用寿命.通过优化刀具前角，提高切削速度，切削力和切削温度变化较小，但是显著提高了材料去除率.     

面向金属切削过程数值模拟的材料本构方程和刀-屑摩擦特性

为了提高金属切削过程的数值模拟精度,围绕与其密切相关的材料本构方程和刀-屑摩擦特性展开研究。针对铝合金7050-T7451材料,采用分离式霍普金森压杆实验（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）获取材料本构方程,采用正交切削实验获取切削过程的刀-屑摩擦曲线。对AdvantEdge FEM软件进行二次开发,输入材料本构方程和刀-屑摩擦系数,研究切屑厚度、剪切角、应变、应变率等切削过程典型特征随切削参数的变化规律。结果表明：所提出的数值模拟方法对切削过程的典型特征具有很好的预测效果,在AdvantEdge FEM软件中输入合适的材料本构方程和刀-屑摩擦系数能够明显提高数值模拟精度。     

切削SiCp/Al复合材料三相摩擦系数建模与模拟

为解决SiCp/Al复合材料切削力准确预测的问题,本文采用理论建模、有限元模拟和实验研究相结合的方法,研究了SiCp/Al复合材料切削过程中刀-屑接触摩擦状态。考虑基体材料与刀具接触摩擦、Si C颗粒的两体滑动摩擦和Si C颗粒的三体滚动摩擦对SiCp/Al复合材料刀-屑接触状态的影响,提出了SiCp/Al复合材料刀-屑接触三相摩擦系数模型。建立了SiCp/Al复合材料多颗粒随机分布模型,并基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行了SiCp/Al复合材料切削有限元模拟以及实验研究。结果表明:采用基于刀-屑接触三相摩擦系数模型进行SiCp/Al复合材料切削过程模拟,能够较准确地预测SiCp/Al复合材料的去除过程、切屑形成、刀具与颗粒之间的相互作用以及切削力。     

高速车削钛合金刀具宏-介观扩散磨损特性

为了研究不同合金成分对刀具磨损的影响机理,利用宏-介观跨尺度关联法及分子动力学理论,采用YG8、YT15及YW2刀具高速车削钛合金,探明刀具宏观热力学特性及磨损特征,分析了三种材料在切削过程中原子群乱序程度,揭示了不同刀具材料原子群扩散特征.结果表明:YW2前刀面温度最高,原子群乱序运动类型已达到晶面解理,向内扩散程度高,扩散磨损严重;YG8和YT15原子群密度和能量稳定,原子群乱序运动类型为微裂纹扩展,向外扩散程度低,扩散磨损较小.三种材料刀具在高速车削过程中扩散磨损程度由高到低依次为YW2YT15YG8.     

织构刀具凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响

通过TC4钛合金切削试验研究织构刀具的凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响。首先根据蜣螂体表实际凹坑尺寸设计出不同凹坑直径的织构刀具,然后采用切削试验测量非织构刀具与不同凹坑直径的织构刀具在不同进给量下的表面粗糙度和切削力及其各向分力,分析刀-屑摩擦系数、工件表面粗糙度与凹坑直径之间的关系。研究结果表明：织构刀具的刀-屑摩擦系数随着凹坑直径的增大而减小,凹坑直径为50μm、70μm时其摩擦系数高于非织构刀具,凹坑直径为100μm时其摩擦系数低于非织构刀具;工件表面粗糙度总体上随织构刀具凹坑直径的增大而增大,凹坑直径为50～100μm时,采用织构刀具加工可有效改善工件表面质量。     

高温钛合金BTi6431S超声振动车削实验研究

钛合金是一种典型的难切削材料,加工过程中摩擦力大、温度高、刀具磨损严重,导致其切削成本较高。超声振动切削可以减少切削力、提高加工质量。将椭圆超声振动切削技术用于近α型高温钛合金BTi6431S的车削过程中,对切屑形貌、切削力和刀具磨损进行了实验研究。结果表明:椭圆超声振动的切屑长度变短,缠绕程度变大,微观形貌显示在较低的切削速度下其锯齿化程度低于传统切削。椭圆超声振动的切削力明显小于传统切削,随着切削速度的增加,其切削力逐渐接近传统切削时的切削力。椭圆超声振动在切削速度较低时可以有效提高刀具寿命,随着切削速度的增加,刀具磨损加剧。     

高速硬加工中切屑成形的有限元模拟

为了研究AISI4340钢高速加工中切屑形成机理，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-欧拉方法实现切屑和工件的自动分离.利用建立的有限元模型模拟了四种切削条件下的材料加工，分析了切屑形成过程，模拟得到了不同切削条件下的切削力，并对其进行了比较.研究结果表明，在高速加工条件下形成了不连续状切屑，不连续状切屑形成机理与基于自由表面破裂的锯齿状切屑形成机理不同.     

铝合金三维铣削加工的有限元模拟与分析

针对铝合金材料7050T7451的铣削加工，将刀具视为刚体，前刀面和切屑间的摩擦定义为材料流应
力的函数，采用商业有限元软件DEFORM3D，建立了能够反应实际铣削状态的三维铣削模型.利用该模型模
拟了切屑的形成过程，获得了与实际切屑相似的屑形.通过分析铣削过程中的三维铣削力的变化，揭示了
刀 屑的接触长度.对应力、应变和切削温度分布的分析表明，应力主要集中在第一剪切区，而应变和温
度的最大值在刀 屑接触面上.     

钛合金正交切削过程数值模拟

为了研究刀具磨损、加工表面残余应力分布,优化高速切削参数,基于切削条件下材料屈服流动特性、刀具-切屑界面接触摩擦行为以及单元网格划分,建立切削加工过程的有限元仿真模型.通过此模型模拟了钛合金连续状和锯齿状切屑的形成过程.以观察实际切屑形态,验证了该模型的有效性.     

金刚石刀具晶面选择对切削过程及耐用度影响

超精密切削时,因所用的单晶金刚石刀具具有各向异性,故金刚石刀具晶面选择对切削过程、刀具的切削性能和耐用度有很大影响。本文从刀具与工件间的摩擦系数、刀具磨损及微观强调几个方面研究了金刚石刀具晶面选择对切削过程及刀具使用性能的影响。研究结果表明,金刚石和工件间的摩擦系数存在明显的各向异性,沿不同晶面、不同晶向上的摩擦系数相差很大。由于刀具的不同晶面、不同晶向的摩擦系数的差别。造成切削变形和刀具耐用度的     

PCBN刀具的磨损机理

通过切削实验研究了ＰＣＢＮ刀具切削淬硬钢和铸铁的磨损机理．实验结果显示，ＰＣＢＮ刀具的主要磨损机理是刀具的氧化磨损及刀具与工件接触区域元素之间的相互扩散磨损和刀具材料的微裂解．     

航空发动机典型零件加工技术与刀具应用分析

随着国家科技的进步,航空制造业已成为衡量国家发达水平的重要因素之一.航空发动机是飞行器的核心部件,因此发动机典型零部件的加工技术与刀具应用对航空业的发展起着重要的作用.由于航空零件多为难加工材料,不但对加工技术有高的要求,对加工用的刀具要求更高.本文针对航空发动机典型零件材料及特性、加工技术的现状与刀具应用进行了分析;对航空典型零件加工用刀具材料及特性探讨,并结合刀具磨损对加工精确度的影响,对多轴高速加工刀具的磨损进行仿真分析,同时针对多轴高速铣削特点对航空航天钛合金零件的专用刀具进行设计,为今后我国航空发动机典型零件的高效、高精确度加工打下一定的基础.     

切削液在高速钢刀具应用中的一种特殊现象初探

本文描述了高速钢刀具车削高强度调质钢和中碳调质钢时的一个特殊现象,即浇注乳化液反而使刀具耐用度降低.文章认为乳化液的润滑作用使得前后刀面上粘结区减小,滑动区增大,从而使更多的刀具表面失去粘结层的保护;乳化液的冷却作用使得刀具、工件之间的硬度差减小,这两种结果的共同作用加剧了刀具磨损.     

数控车削中刀具磨损对加工精度的影响

在系统地分析了刀具切削刃的磨损对车外圆、锥度及成形表面尺寸精度的影响后,建立了切削刃的磨损与加工精度之关系的数学公式,确定了切削刃在特定加工中可容许的磨损量,因此,可根据工件给定的尺寸精度来确定刀具设定、补偿、修整及更换的条件和依椐.     

模具钢Cr12MoV精密硬态切削过程刀具磨损

模具钢Cr12Mo V硬态切削过程中,工件材料的高硬度导致了刀具在切削过程中受到剧烈的热力耦合作用,刀具的磨损机制也明显不同于常规的切削过程.本研究以PCBN刀具精密硬态切削模具钢Cr12Mo V过程为对象,分析了刀具前刀面和后刀面的磨损规律,通过元素变化分析得到刀具不同位置的磨损机制;通过揭示不同切削速度和进给量下的刀具磨损规律为合理选择切削参数提供理论依据;研究揭示了切削合力和切削三分力受刀具磨损量的影响机制;通过建立磨损刀具的几何模型,采用有限元仿真软件Deform对不同刀具磨损量下的切削过程进行了仿真分析,得到了刀具磨损对切削温度场的影响机制.     

表面沟槽微织构刀具高速微车削试验研究

针对微型刀具高速微切削过程中磨损严重的问题,基于表面非光滑技术,在刀具表面置入沟槽微织构,达到增强刀具减磨排热、抗粘结以及刀具抗磨能力。利用激光加工技术在微型车刀表面加工沟槽微织构;使用自行研制的高速微车削实验装置进行AL6061微加工实验,并针对刀具表面磨损状况、切屑形态、已加工表面粗糙度等三个方面进行评价。试验结果表明,沟槽微织构在提高刀具减摩性能及改善切屑形态和已加工表面质量方面效果良好。