基于最小能量法的高速切削锯齿状切屑变形分析

以高速切削典型变形特征为研究对象,建立了锯齿状切屑的几何模型。根据高速切削绝热剪切理论,通过对剪切面相对滑移失稳瞬间的切屑块受力平衡分析建立力学模型和运动学模型,获得切屑摩擦力和剪切力及剪切速度和切屑流动速度,并确定了切削能量方程。在考虑应变、应变率、切削温度和变形硬化因素条件下按最小能量原理求变形方程,结合变形曲线的分析和切削理论确定了高速切削变形方程及影响变形的因素。分析结果表明,切屑锯齿化是塑性变形超过临界失稳条件的结果。     

金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究

基于有限变形理论、虚功原理和更新的拉格朗日公式建立了热弹塑性本构方程，导出了热弹塑性大变形耦合控制方程。对切削加工有限元模拟中的关键技术，如材料模型，工件和切屑的分离、断裂准则，刀具、切屑间的接触摩擦模型以及切削热进行了探讨，针对这些关键技术建立了正交切削加工铝合金7050T7451有限元模型，对切屑形态、切削力、切削温度以及应力场和应变场等物理量的分布进行了有效预测。     

微切削中的切屑变形系数及切削变形研究

微细产品的需求增大使作为微细产品主要加工方式的微切削受到高度重视。研究微切削过程的变形程度可以预测和控制切削参数,设计高效刀具,提高产品质量。然而微切削过程中的变形剧烈,很难测量。切屑变形系数能够真实反映切削过程中变形且直观易测,研究基于微切削中的切屑变形系数,通过提出的微切削模型描述微切削变形情况;设计正交微车削试验获得微切屑变形系数和切削力,计算第一变形区的剪切角、应变、应力。结果表明正交微切削中的切削厚度（进给量）增大时,切屑变形系数增大;剪切角随进给量增大而增大,用微切削模型得到的剪切角比用宏观切削模型要小：第一变形区的总剪切应变随切削速度的增大而增大,随进给量的减小反而增大;微切削中剪切应力比正应力大,当进给量减小时,应力大致增大,表现出明显的尺度效应。试验证明用切屑变形系数描述微切削中的变形方法简便、有效。     

考虑刀杆柔性的球头铣刀切削力模型的研究

建立了球头铣刀切削力模型，并基于刀具弹性变形模型及刀具避让的切屑厚度数学表达式，建立了切屑厚度与刀具变形量、刀具切削参数之间的数学关系，并提出了切削力收敛算法。最后，通过切削实验对切削力模型进行了验证。     

基于ABAQUS的高速切削锯齿形切屑形成机理研究

基于大型有限元分析软件ABAQUS/Explicit 6.11建立了二维正交切削有限元模型,仿真模拟了淬硬GCr15轴承钢在高速切削条件下锯齿形切屑形成过程,以绝热剪切理论为基础分析了锯齿形切屑的形成机理。研究表明:利用绝热剪切理论分析高速切削脆性材料具有一定的可行性;第一变形区工件材料的绝热剪切效应对锯齿形切屑的形成起到了决定性作用;通过对比实验切屑形态和仿真切屑形态可知,切屑形态较为相似,所建模型在预测切屑形态上取得了较好的效果。     

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。     

纳米切削加工模型的研究

本文从分析建立传统切削加工模型的理论基础和分析方法入手,指出该模型应用于纳米切削加工的不合理性,应用分子动力学仿真建立了纳米切削的加工模型。研究表明,在纳米切削过程中,当切削深度小于最小切削深度时,工件材料只发生了弹塑性变形,没有形成切屑。     

纳米切削加工模型的研究

从分析建立传统切削加工模型的理论基础和分析方法入手,指出该模型应用于纳米切削加工的不合理性,应用分子动力学仿真建立了纳米切削的加工模型.研究表明,在纳米切削过程中,当切削深度小于最小切削深度时,工件材料只发生了弹塑性变形,没有形成切屑.     

BTA深孔钻切削过程实验研究

通过BTA深孔钻削加工过程的实验，探讨了其切削机理，主要研究了BTA钻头切削部几何角度和切削用量对切屑变形的影响。实验结果显示，中心切削刃切下的切屑变形最大，各切削刃对切屑变形的影响趋势基本相同。本实验研究丰富了深孔加工的切削机理，为优化深孔加工的切削参数奠定了基础。     

干式、半干式和低温冷风切削加工技术

在切削过程中，三个变形区的金属产生弹性变形、塑性变形及摩擦变形，切削功率的99．5％均转变为剪切滑移变形(第一变形区)、前刀面摩擦变形(第二变形区)及挤压、过剩变形、后刀面摩擦变形(第三变形区)所耗能量，并在一瞬间转变为热能，出现切屑、刀具切削刃区域及工件表面温升的现象。     

铣齿断续切削机理的研究

大模数齿轮铣削具有多刃断续切削和变切屑厚度等特点,属于典型的非自由强力切削.主要从切削力、切屑形态、表面质量等方面对铣齿断续切削的机理进行研究.采用指数经验模型,应用微段切削刃受力积分获得单个刀片瞬时合成转矩,随后考虑刀盘上刀片的分布情况,获得刀盘周期性的载荷,提出铣齿断续切削转矩的计算模型.应用间接测量的试验方法,采集三相异步电动机的主轴输入电流,重构得到切削力,另外通过试验测量出切削变形比,应用理论公式获得切削力.将试验数据和理论计算结果与计算模型进行比较,验证了铣齿加工切削转矩模型的正确性.对切削过程中的残余高度进行几何分析,获得其计算方法.初步完成对铣齿断续切削机理的分析,对铣齿加工精度提供指导作用.     

铸态高强度耐磨铝青铜正交切削过程研究

金属切削过程涉及复杂的非线性问题,基于材料变形的弹塑性理论,建立了铸态高强度耐磨铝青铜正交切削过程的三维数值模型,分析了切削区的应力分布、温度分布和切削力规律。结果显示工件上的等效应力主要分布于刀刃附近,最大等效应力则分布于第Ⅰ变形区;最高温度分布于第Ⅱ变形区中,切屑与刀具摩擦区离刀刃一定距离部位;切削力随切削深度的增大而线性增大。数值分析结果与试验结果一致性很好,表明金属切削过程数值分析方法在研究切削理论与材料切削工艺性能等方面意义重大。     

基于机器视觉的正交微切屑变形系数研究

切屑变形系数是描述切削变形程度的重要参数,是计算其它切削过程参数的基础。然而宏观的切削理论和试验技术不适用于微切削技术。研究微切屑变形系数对预测加工结果、优化切削过程、控制加工参数有着重要意义。本文应用机器视觉方法获得了微切削中切屑的几何形状,找出了切削厚度、厚度变形系数、宽度变形系数与进给量、背吃刀量的变化关系,为微切削过程的控制和预测提供了理论依据。试验方法简单、精确、效率高。     

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。     

刀具前角对金属切削影响的数值仿真

采用弹塑性变形理论,利用有限元分析软件,建立了二维热—机耦合正交直角切削有限元模型,通过网格自适应技术模拟了切屑的形成,仿真了不同刀具前角对加工变形的影响。     

钛合金TC4超声波振动切削有限元仿真

采用Johnson-Cook材料模型,以任意拉格朗日欧拉网格算法(ALE)实现切屑分离,建立了热应力耦合二维正交振动切削模型,并进行了钛合金TC4超声波振动稳态切削的有限元仿真,得到了振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,同时将振动切削与普通切削进行了对比分析,分析结果表明,振动切削中切屑变形系数、切削力、切削温度明显降低,剪切角增大.     

钛合金TC4超声波振动切削有限元仿真

采用Johnson-Cook材料模型,以任意拉格朗日欧拉网格算法（ALE）实现切屑分离,建立了热应力耦合二维正交振动切削模型,并进行了钛合金TCA超声波振动稳态切削的有限元仿真,得到了振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,同时将振动切削与普通切削进行了对比分析,分析结果表明,振动切削中切屑变形系数、切削力、切削温度明显降低,剪切角增大。     

基于热力耦合模型的金属切削过程有限元分析

基于有限元理论和热力耦合模型的研究,通过讨论切削过程中的关键技术,主要包括切削加工有限元方程的建立：构件材料的Johnson-Cook本构模型;切屑分离准则;材料断裂准则;接触摩擦模型;切削热的产生和分布;残余应力的分析和切削力的比较分析等,建立了二位金属切削过程模型,通过采用粘结．滑移摩擦模型,有效地模拟了航空钛合金的切削加工过程,对此类材料加工的切削力、切屑温度以及应力场和应变的分布进行了分析。     

硬态干式切削过程的有限元仿真

硬态干式切削是近期发展起来的一种先进的切削加工技术,其具有良好的加工柔性、经济性和环保性能,是精加工过程中加工淬硬钢的最佳选择。基于材料变形的弹塑性理论,并结合ABAQUS通用有限元程序的特点和实际切削工况,用J-C模型建立工件材料模型,根据剪切失效准则实现切屑和工件分离,切屑和刀具的接触摩擦采用库仑摩擦定律,对AISI4340钢硬态切削过程进行仿真,分析了等效应力、等效塑性应变云图、切削力变化曲线以及切屑的温度场分布。在理论上,模拟过程与实际切削过程基本符合,为以后的硬态干式切削提供了参考。     

超声切削加工中的动压油膜模型建立及其试验研究

根据超声切削过程的运动特性和冷却液作用特征,基于流体动压理论,建立刀具与工件之间动压油膜的模型。分析前刀面油膜压力的变化规律、分布状态和试验的工艺效果,证明超声切削过程可以产生高冲击动压的油膜,油膜压力的作用可使切屑产生弹性变形甚至是挤压变形和剪切滑移。超声振动切削过程会形成油膜作用和刀具接触切削两个阶段,油膜的作用可以增大剪切角,使刀具锐化并改变刀具前刀面与切屑的接触状态,提高加工的表面质量。讨论了油膜状态和切削液粘度对加工效果的影响。