有限元仿真技术在金属切削加工中的应用进展

得益于计算机和有限元技术的迅速发展,有限元仿真技术已经成为研究切削加工工艺及机理的重要手段。介绍了金属切削加工有限元仿真模型,从高速切削、刀具表面微织构、微切削,以及切削参数与刀具几何优化等方面论述了有限元仿真技术在金属切削加工中的应用进展,并展望了未来的发展方向。     

切削加工有限元仿真与应力分析

为研究不同切削参数对切削力、切削温度和切削应力的影响,采用回归正交试验设计方法,用大塑性变形的有限元法仿真了在不同切削参数下直角自由切削铝合金7075时的切削力、切削温度的变化规律,并分析了切削区微观应力、应变率等的分布状态。     

金属切削加工过程的有限元模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及状态非线性问题。基于材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型。采用有限元仿真技术,对所建立的模型进行了有限元分析,得到了剪切角,并分析了切削深度和刀具前角对残余应力的影响,从而指导加工中工艺参数的选择,提高零件的加工质量。     

基于正应力摩擦模型的金属切削有限元仿真

刀-屑摩擦模型是金属切削仿真的关键问题,采用基于前刀面正应力的摩擦系数模型能够真实反映刀-屑接触长度内的摩擦状况,通过仿真和试验证明,采用该模型可获得较好的仿真精度,而且通过降低工件材料的剪切流动应力能够较好地模拟切削液的润滑效果对切削过程的影响.     

有限元分析方法在金属高速加工中的应用

阐述了高速切削加工技术的优势与发展瓶颈,简述了有限元分析方法在机械工程上的应用,总结分析了有限元分析方法在切削过程、切削加工表面残余应力计算、切削热和切削温度以及切屑形成机理等高速切削加工方面的建模和模拟等方面所取得的研究成果及不足,展望了高速切削加工技术的研究方向.     

基于切削有限元模拟的刀具几何参数优化研究

刀具几何参数是金属切削加工过程中切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等的重要影响因素,影响被加工工件的表面质量。针对汽轮机薄壁叶片的加工变形,采用ABAQUS对切削加工过程进行有限元模拟,对刀具的几何参数进行优化,运用优化后刀具进行汽轮机静叶片的铣削加工。实验结果表明,薄壁叶片加工过程中的变形得到有效改善。     

GH4169镍基合金已加工表面残余应力的仿真分析

针对薄壁GH4169镍基高温合金切削加工后表面残余应力大导致表面质量差的问题,研究了切削参数和刀具几何角度对已加工表面残余应力大小及其沿深度方向变化分布的影响规律,通过最小二乘法对所得结果进行了数值分析,侧重筛选对残余应力影响较大的因素,进而采用正交实验法和极差分析法分析刀具前角、后角对已加工表面残余应力的影响规律.结...     

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.     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一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。     

金属切削中的摩擦数值分析

影响刀屑之间摩擦的因素非常多,摩擦状况很难确定.为了研究摩擦对切削加工的影响,利用有限元分析软件,模拟了不同摩擦系数下直角切削加工过程,得出摩擦系数增大,变形系数增加,切削温度升高,已加工表面残余应力增大,减小切削中的摩擦有利提高金属切削加工质量,延长刀具的使用寿命.     

基于正交试验的电火花加工工艺效果试验分析

通过正交试验分析,探讨电火花成形加工中影响加工效果的主要因素,阐述了脉冲峰值电流、脉冲宽度及脉冲间 隔等对加工速度、加工表面粗糙度及工具电极损耗的影响关系,对解决电火花加工实践中工艺参数优化问题具有一定的 理论和实践意义。     

基于有限元的机床滑鞍结构的动特性分析

滑鞍是数控加工中心关键零部件之一,其结构性能对数控机床的加工精度起重要影响作用.为了深入掌握该机型滑鞍的静动态性能,利用有限元计算手段,借助计算机及ANSYS软件的使用,对该滑鞍结构进行了模态分析及谐响应分析.结果表明:滑鞍的静位移变形量,动态性能都能满足精密机的要求.通过谐响应分析,得到了在简谐载荷作用下的振动响应,在激振力频率为330Hz和900Hz时容易产生共振.并得到了一些重要结论.验证了滑鞍的抗振性能,为滑鞍结构设计提供了必要的理论依据.     

加工过程中基于最大熵的自适应控制

将信息论中的熵理论运用于加工过程控制 ,提出加工过程中基于最大熵的自适应控制理论。仿真结果表明 ,上述控制理论具有有效性及良好的稳定性     

金属正交切削工艺的有限元模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺 ,其中切屑成形是一种典型的大变形问题 ,它涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性问题 ,在高速切削加工过程中 ,还会涉及到热力耦合问题。本文针对典型的正交切削工艺 ,建立了平面应变模型 ,工件采用了弹塑性材料模型 ,而刀具采用的是考虑温度变化的刚性材料模型。利用商业化软件DEFORM-2 D,对所建立的模型进行了有限元分析 ,得到了切屑成形、温度分布、切削力变化以及残余应力等结果。将部分结果与文献中介绍的实验结果做了比较 ,发现他们是吻合的     

基于加工特征的铸造毛坯生成与合理化

针对现有的CAPP研究很少涉及到铸造毛坯的设计问题,且一般毛坯模型的生成过程比较简单,甚至常常忽略铸造工艺对铸造毛坯制造的要求.以某齿轮箱生产企业的齿轮箱下体箱零件为例,基于该零件的加工特征,在毛坯初始尺寸计算的基础上,将铸造工艺知识引入到CAPP的工艺决策过程,生成初始毛坯的合理化尺寸,并进行合理化修改.同时,对生成的零件加工特征文件进行直接操作,方便快捷地生成合理化的毛坯特征文件,有力地支持了铸造毛坯的设计,实现了CAPP向铸造毛坯领域的有效拓展.     

基于UG的数控编程及加工过程仿真

以固体火箭发动机阳球体为例,介绍了如何在UG/CAM环境下进行数控编程和加工过程仿真,如何消除刀具与零件间的过切、欠切,以及如何避免机床运动部件及刀具之间的干涉和碰撞,从而达到提高编程的精度和效率,缩短生产周期的目的.     

基于实体的有限元建模技术

简要论述了以特征建模为基础，以Pro／Engineer为设计平台，建立实体有限元模型的一些基本技术。     

基于三维零件模型的工艺路线设计方法研究

针对基于三维CAD的计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning,CAPP)的发展需求,提出了一种基于三维零件模型的工艺路线设计方法。从零件三维模型中提取加工特征,建立以加工特征为核心的工艺信息模型,有利于与上游CAD以及下游CAM的集成和信息共享。在工艺信息模型基础上建立以加工元为基元的工艺决策模型,通过聚类和排序约束实现工序/工步的确定和排序,实现工艺决策过程的算法化。通过飞机双面大框零件实例说明了该方法是简单有效的。     

金属切削加工过程的有限元数值模拟

运用有限元方法对切削过程进行数值模拟,分析不同切削速度在切削加工过程中对切削温度及切削力的影响,从而有助于深入了解加工过程,合理选择加工工艺参数。     

基于加工中心的在线检测技术的研究

随着计算机集成制造系统的深入发展,计算机辅助检测已成为CIMS中集成质量系统的关键环节.研究了CIMS环境中基于加工中心的在线检测技术,开发完成与机床进行通讯的专用接口通讯板卡,具有信号隔离、信号变换、信号传递等功能.讨论了测头选用方法.在分析进给速度对检测精度影响的基础上,构造了一种适用于在线检测的扩展时间分割增量插补算法.最后,介绍了检测系统软件的功能.