成形铣齿加工过程中的切削热模型

为了获得铣齿切削时切削区域的温升分布,在分别对铣削热产生和传出的机理,以及刀具和工件之间几何关系分析的基础上,得出包含对应虚拟镜像热源的热源模型。考虑到剪切面热源和刀屑接触面摩擦热源对工件、切屑和刀具的温升作用效果的不同,根据傅里叶导热定律推导出顶刃切削时相应热源的温升计算公式,分别对3者的温升分布进行计算可以获得整个切削区域的温升分布。结果表明,铣削过程中温度随切削的深入而升高,在不改变工件和刀具材料的情况下,进给速度是影响切削温度的主要因素,改变刀盘转速对温升的影响不大。     

旋风铣削加工质量分析

从理论上分析了旋风铣削加工过程中影响加工质量的各种主要因素，并重点探讨了旋风铣削速度提高后加工质量的变化，认定在旋风铣削加工中，铣切速度提高后切削温度升高使工件抗弯强度降低，导致工件弯曲变形，累积误差增大，是造成旋风铣削加工螺纹精度较低的主要原因。实测结果与理论分析基本相符。     

面向切屑形成过程的瞬时滚削力模型研究

建立滚齿加工的时变滚削力模型是优化滚齿加工工艺参数、减少滚削力波动、提高加工精度的前提,面向滚齿切屑形成过程建立时变滚削力模型是提高建模精度的最直接的物理方法。针对干切滚齿的切屑形成过程,建立滚刀前刀面运动模型,利用MATLAB生成刀齿运动轨迹的动态链接库。基于SolidWorks进行三维布尔运算,提取未变形切屑几何特征,开发切屑几何模型动态链接库。通过C#调用MATLAB和SolidWorks动态链接库,实现三维运动仿真,进而构建多齿瞬时滚削力模型。通过YK3216CNC滚齿机进行样件加工,结合HNC-SSTT软件进行全行程电流检测,间接测量瞬时滚削力。仿真加工的瞬时滚削力与实测滚削力变化趋势基本一致,表明该模型合理、有效。     

考虑时变性热强度和时变性热量分配比的铣刀前刀面瞬态温度场建模研究

高速周铣是一种加工范围广和生产效率高的机械加工方式,其加工过程中会出现大量铣削热,尤其是加工导热率较低的工件时更为显著,铣削温度上升和下降的周期性变化会加速刀具磨损,进而降低工件表面加工质量。由于目前在周铣加工研究中缺乏对铣刀前刀面瞬态温度场的研究,为此,综合考虑第二变形区时变性热强度、时变性热量分配比以及前角因素,提出了一种基于"移动热源法"的铣刀前刀面瞬态温度场建模方法。首先建立第一变形区热源影响下的铣刀前刀面瞬态温度场温升模型,其次建立第二变形区热源影响下的铣刀前刀面瞬态温度场温升模型,最后进行温升模型叠加计算,进而建立铣刀前刀面瞬态温度场模型。仿真与试验结果验证了模型的准确性,该模型将进一步为研究铣刀前刀面抗磨设计提供理论支持。     

覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响

针对自由曲面模具的铣削加工,提出一种综合考虑曲面曲率、刀具前倾角和侧偏角的瞬时铣削力预报方法。基于曲面几何特征,研究了进给方向、行距方向曲率半径对刀具切削角度的影响,以及刀具前倾角和轴向切触角对未变形切屑厚度的影响;基于微分思想,将自由曲面加工中任意刀齿切削周期内的切触区进行离散,结合三维次摆线切削轨迹建立未变形切屑模型,得到适合于自由曲面三轴球头铣削的瞬态铣削力,该模型能够综合考虑曲面曲率特征变化、刀具工件切触角度变化;基于二次曲面模具模型进行铣削加工试验,试验测试结果表明,预报的铣削力和试验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值在12%以内,验证了该方法能有效地预报自由曲面模具的球头铣削的瞬态铣削力。     

微细切削中侧刃的切削影响研究

尺度效应是微切削工艺中的一种特殊现象,通常用最小未变形切屑厚度来判定尺度效应发生的临界点。为了更好地理解微细铣削的切削机理,对铣刀钝圆半径与尺度效应之间的关系进行深入研究是有必要的。由于在铣削加工过程中,刀具大多数为径向进给,侧刃为主要切削刃,因此这里对仅有侧刃参与切削的情况进行了仿真与试验研究。通过对仿真中切屑形貌与试验中表面粗糙度的分析,分别确定了仿真与试验的最小未变形切屑厚度值。仿真与试验结果表明,微细铣削的两种工艺方式对最小未变形切屑厚度的影响有限,最小未变形切屑厚度为（0.28～0.40）倍的铣刀钝圆半径。同时,工件的材料属性对刀具侧刃的最小未变形切屑厚度有一定的影响。本研究可以用于指导微细铣削加工中对于不同刀具钝圆半径及工件材料加工参数的选择和量化,提高工件加工质量具有重要参考价值。     

圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。     

干切削温度场的数学物理建模与预测验证

针对正交干切削加工过程,建立了刀具与切屑接触区域温度场数学物理模型。模型采用绝热半无限介质热源叠加的方法,计算出切屑剪切变形区和"刀具-切屑"摩擦区叠加影响下刀具与切屑在接触区的温度场,分析了最高温度产生位置及其机理。基于该模型,对锋利PCBN刀具硬车削轴承钢过程的温度场进行预测,得到的刀具与切屑接触面温度在多个切削速度条件下误差均小于8%,说明该模型能够实现对锋利切削加工温度场的精确预测。     

BTA深孔钻削过程切削热通量的追踪方法研究

深孔钻削所产生的切削热是引起加工孔表面损伤和热变形的主要原因,该项研究对实现深孔制件质量的过程监测与控制具有重要的意义。依据BTA深孔钻削工艺的特点,提出一种基于深孔制件多点温度的时空信息反演计算切削热通量分布特征的方法。通过对切削过程热源区域的合理划分及孔壁热通量连续函数的时空解耦,采用顺序函数法来计算平均切削热通量,并将其引入到瞬时热通量的迭代求解过程,同时计算获得加工过程中深孔刀具外齿侧面和导向条部热通量的时空变化规律,实现了对深孔制件热源和热分布的重构,且具有相互协调一致的精度。通过合理地选择未来时间步长,并结合深孔加工试验验证了所提出方法的可行性与有效性,这些将为探索深孔加工过程刀具磨损、孔壁表面损伤与工件热变形的机理奠定基础。     

微细切削毛刺的有限元仿真

在微细加工精密微小零件的过程中,存在的主要问题之一是有微型毛刺产生。利用有限元软件Abaqus对铝2024-T3微细切削进行仿真,运用Johnson-Cook(J-C)模型建立工件材料模型,用网格自适应技术(arbitrary Lagrangian Eulerian,ALE)实现切屑和工件的分离,切屑和刀具的接触摩擦模型采用修正的库仑摩擦定律,动态模拟微型毛刺的形成过程,分析不同刀具几何参数及切削参数对毛刺形成的影响,得到微细加工过程中不同刀具几何参数及切削参数对微型毛刺形成影响的一般规律。分析结果为优化刀具几何参数及切削参数、减少微细切削中的毛刺和提高表面加工质量等提供指导。     

PCBN刀具硬态旋风铣削切屑宏观形貌研究

针对硬态旋风铣削产生锯齿状切屑的不同认识,通过对滚动轴承钢(平均硬度为63.5HRC)旋风铣削的工艺实验研究,提出了锯齿状切屑的微观形貌和宏观形貌的本质区别,分析了硬态旋风铣削的4种典型的切屑形貌特征和产生的工艺条件,为通过切屑建立硬态旋风铣削加工过程在线监控提供了一种新的方法。     

麻花钻钻削过程的有限元动态仿真

孔钻削加工是一种常见且非常重要的金属加工工艺,麻花钻是钻孔加工中最普通的加工工具,文章用有限元方法模拟了麻花钻的钻孔加工过程进而分析预测了加工工艺中的部分结果和影响因素。应用的有限元仿真软件是DEFORM-3D。论文中动态模拟了麻花钻钻孔中切屑成形过程,工件采用了刚塑性材料模型,而刀具采用的是考虑温度变化的刚性材料模型,获得了麻花钻钻削加工过程中的连续切屑,分析预测了加工过程中工件的应力、温度分布以及刀具所受的扭矩。     

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     

CNC螺纹旋风硬铣削——高效绿色制造技术

1 螺纹旋风铣削的原理螺纹的旋风铣削是用安装在刀盘上的多把成形刀 ,借助于刀盘旋转中心与工件中心的偏心量e来完成渐进式的高速铣削 (见图 1 )。刀盘的旋转轴线相对于工件轴线倾斜一个螺旋升角 β。加工时 ,工件以nw 低速旋转 ,刀盘以no 与工件同向高速旋转 ,工件每转 360°刀盘纵向进给一个导程 ,从而铣出螺纹。刀盘上有多把成形刀 ,但只能依次由一把刀参加切削。切削余量由每把刀合理分配 ,切屑厚度的渐进式变化使切削力减小 ,而偏心量e使尚未进入切削区的刀具有充分的散热时间 ,这就十分有利于延长刀具使用寿命 ,提高加工表面质量。与…     

微切削加工的切屑变形及切削力

本文从分析微切削加工表面的形成机理入手,在考虑刀具钝圆半径存在的条件下,分析了切削表面的形成过程和微切削加工中切削变形系数,在理论上阐明了微切削加工中的切屑变形及切削力情况。在进一步实验的基础上,探明了微切削加工中,切削速度、进给量、切削深度、刀具材料及工件材料等影响切屑变形及切削力的因素。得出了微切削加工中的切屑变形系数要大于常规切削加工的切屑变形系数,减小刀具钝圆半径会减小刀具后刀面与工件的接触长度,并且会减小切削刃以下部分金属的变形,有利于获得高质量的加工表面的结论。     

超精密切削机理的流体力学分析模型

随着加工硬件性能的提高 ,有色金属的超精密加工技术已相对成熟。但是对微小切削深度时的加工过程还没有建立起比较满意的模型 ,因为还没有深刻了解超精密加工机理。本文提出了基于流体力学的超精密切削模型 ,考虑了切削刀具几何形状 (包括切削刃半径 )、后刀面工件材料弹性回复的影响。使用该模型可以预测超精密加工过程中刀具刃口的影响、尺寸效应、切削力以及切屑的卷曲半径和刀 -屑的接触长度等。     

基于DEFORM-3D的高速车削加工仿真

DEFORM-3D是应用有限元方法(FEM)分析三维复杂加工过程的模拟工具,它不仅鲁棒性好,而且易于使用.借助于该模拟分析环境,能够对切削过程中刀具几何参数、切削条件以及加工过程中的其他因素产生的影响进行研究.应用DEFORM自带的切削仿真模型,模拟高速车削加工中工件及刀具的温度分布、切屑流动、应力、应变和切削力等.模拟结果对减少产品试验、降低开发成本、缩短开发新产品及新工艺的时间等方面都具有重大意义.DEFORM-3D对于研究刀具几何模型、切屑形成以及切削参数控制的刀具制造者和使用者来说,是一个较理想的工具.     

钻削高强度钢的切屑形态仿真及试验研究

为探究钻削34CrNi3MoV高强度钢时切屑形态的变化规律,一方面,通过运用AdvantEdge有限元仿真软件,通过选取不同的刀具几何参数和切削用量的组合,进行钻削加工过程的仿真,得到不同切削条件下的切屑几何参数及切屑形态;另一方面,在加工中心上进行钻削34CrNi3MoV高强度钢的切削试验,通过试验与仿真结果的对比分析,进一步验证切屑形态仿真结果并分析其原因。研究结果表明,钻削加工高强度钢时,通过改变刀具几何参数和切削用量可以有效地改变切屑形态及切屑几何参数,为实现高效钻削高强度钢的实际应用提供理论基础。     

基于切削比能的高速干切工艺刀具温升调控方法

高速干切中,较高的切削速度和切削液的缺失使得切削热短时间内在刀具上大量聚集,造成刀具磨损并影响使用寿命,解决该问题的有效手段是控制刀具温度升高。通过分析高速干切削加工过程中切削热在刀具中的传递与作用特性,基于切削比能和切屑几何形貌建立高速干切刀具的温升模型,在此基础上以温升最小为目标,以切削速度、进给量、刀具主偏角为变量,提出一种刀具温度调控方法,并结合高速干式车削加工案例进行应用与验证分析。     

[绿色制造工艺和系统]基于切削比能的高速干切工艺刀具温升调控方法

高速干切中,较高的切削速度和切削液的缺失使得切削热短时间内在刀具上大量聚集,造成刀具磨损并影响使用寿命,解决该问题的有效手段是控制刀具温度升高。通过分析高速干切削加工过程中切削热在刀具中的传递与作用特性,基于切削比能和切屑几何形貌建立高速干切刀具的温升模型,在此基础上以温升最小为目标,以切削速度、进给量、刀具主偏角为变量,提出一种刀具温度调控方法,并结合高速干式车削加工案例进行应用与验证分析。