微织构刀具超声振动辅助加工切削性能仿真研究

对微织构刀具在超声振动辅助加工时的切削性能进行仿真研究。在研究中,在CAXA软件中建立刀具参数相同的二维刀具和微织构刀具,导入AdvantEdge软件,分别进行二维普通刀具切削、二维微织构刀具切削、二维普通刀具超声振动切削、二维微织构刀具超声振动切削,对比分析四种切削的仿真结果。通过仿真研究发现,微织构结构可以有效降低刀具温度,高温区域明显减小,同时可以减小刀具应力,减小高应力区域,对切削力的影响则不大。超声振动辅助加工可以有效减小切削力,降小刀具应力,对刀具温度的影响则不大。微织构结构和超声振动辅助加工同时作用,刀具温度最低,切削力和应力最小,并且可以延长刀具寿命。     

基于ANSYS的超声振动辅助气中放电加工材料去除率计算

建立了超声振动辅助气中放电加工的有限元模型,使用ANSYS分析软件对其温度场进行了数值模拟,计算出了仿真条件下的材料去除率,并通过加工试验验证了模拟结果,发现与试验结果吻合较好。结果表明,用ANSYS来计算超声振动辅助气中放电加工的材料去除率是一种行之有效的方法。     

超声振动辅助切削三维SiCp/Al复合材料温度仿真研究

铝基碳化硅(SiCp/Al)复合材料由于优异的性能在航空航天、汽车生产等领域中得到了广泛的应用。为了深入了解超声振动辅助车削SiCp/Al的切削机理,使用有限元仿真软件ABAQUS建立了超声振动辅助车削SiCp/Al的三维仿真模型,并分别对颗粒、基体及内聚力模型进行定义。针对所建立的三维模型仿真分别分析了不同切削速度、切削深度、刀具振幅以及刀具振动频率的SiCp/Al切削温度。从仿真结果可以看出:超声振动辅助切削SiCp/Al时,SiC颗粒的温度普遍比Al基体的温度要低,切削过程中工件的温度与切削速度、切削深度和刀具的振幅成正比,但是随着刀具振动频率的增加温度反而会降低,另外在剪切带的切削温度最高。     

振动频率对超声辅助切削的影响

对超声辅助切削而言,刀具振动频率是一项至关重要的影响因子。本文从理论上分析了刀具振动频率对超声切削的影响,并利用有限元软件MSC.Marc建立了超声切削的二维正交热力耦合模型,通过有限元仿真研究了刀具振动频率对切削应力和切削温度的影响规律。     

超声振动辅助气中放电加工温度场模拟

用ANSYS以有限元软件对超声振动辅助气中放电加工过程的温度场进行了数值模拟。分析了单脉冲气中放电加工过程中不同功率密度输入情况下的温度场分布 ,得出了不同脉冲宽度和功率密度对放电凹坑形状和放电加工工件表面粗糙度的影响规律。并通过试验对模拟结果进行了验证 ,发现与试验结果一致     

高速切削温度场的三维有限元模拟

基于高速切削实际工艺分析,通过合理设置边界条件,建立高速切削下工件-刀具相互作用的三维数值模型,采用有限元法模拟了使用涂层刀具高速切削45钢时的温度场分布状况,并比较不同的切削速度、不同的刀-屑界面摩擦因数下刀具的温度场分布,模拟结果与试验结果具有较好的一致性.     

激光超声复合切削硬质合金的刀具磨损及其对工件表面质量的影响

基于激光加热辅助切削和超声椭圆振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具对YG10硬质合金进行了常规切削,超声椭圆振动切削,激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验。检测了刀具磨损量、刀具磨损形貌、工件表面粗糙度以及工件表面形貌,并通过扫描电镜(SEM)对刀具磨损区域进行了能谱分析,同时研究了激光超声复合切削硬质合金时PCBN刀具的磨损及其对工件表面质量的影响。最后,与常规切削、超声振动切削及激光加热辅助切削进行了对比试验。结果表明:激光超声复合切削时刀具使用寿命显著增加,加工后的工件表面粗糙度平均值分别降低了79%、60%和64%,且工件表面更加平整光滑。激光超声复合切削硬质合金时,PCBN刀具的前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为较窄的三角形磨损带和较浅的凹坑和划痕;刀具的失效机理主要为黏接磨损、氧化磨损和磨粒磨损的综合作用。     

不同速度下切削钛合金刀具上温度场应力场的数值模拟

简单介绍了一下有限元计算软件的建模过程,并对在不同切削速度下,硬质合金刀具切削钛合金的过程进行了模拟,得到了切削过程中刀具上应力场和温度场的分布状况。通过对模拟结果的分析与研究,得到了刀具最易出现的磨损区域,并通过与试验结果相对照,证明了有限元模拟方法的可行性,其模拟结果可以为试验提供一定的指导。     

车削加工温度场分析及实验研究

建立车削过程中基于热传导控制方程的刀具三维温度场模型,设置初始条件和边界条件。结合材料的Johnson-Cook本构模型和剪切失效准则,使用ABAQUS软件对YW1类硬质合金刀具车削45钢进行有限元仿真。比较了不同切削速度和切削深度下的刀具前刀面温度场分布,通过车削实验验证刀具的温度场模型。实验结果表明,该模型可以有效地预测刀具在切削过程中的温度场分布。     

碳化硅陶瓷超声振动辅助磨削材料去除特性研究

为揭示碳化硅陶瓷超声振动辅助磨削材料去除特性,开展了光滑粒子流体动力学(SPH)单颗金刚石磨粒划擦仿真模拟,同时构建了超声振动划擦试验台,进行了单点金刚石超声振动划擦试验研究。结果发现:超声振动划擦中,材料去除根据切深的不同分为断续切削模式及连续切削模式;无超声作用划擦中的材料仅存在连续切削去除模式;超声振动作用的碳化硅陶瓷延性-脆性转移深度大于无超声作用下的延性-脆性转移深度。此外,通过碳化硅陶瓷超声内圆磨削试验结果同样发现超声振动作用下的延性-脆性转移深度变大,说明超声振动辅助磨削更容易实现延性域磨削。     

瞬态切削用智能测温刀具的研究

针对传统切削温度测量手段无法实时测量刀尖切削区域瞬态温度的技术难题,研制一种基于NiCr-NiSi薄膜热电偶的瞬态切削用智能测温刀具,采用直流脉冲磁控溅射技术制备了致密性和绝缘效果良好的SiO₂绝缘薄膜及热电偶电极薄膜;利用自行研制的薄膜热电偶自动标定系统对研制的测温刀片的静、动态技术特性进行测试和分析,结果表明所研制的测温刀片在30～300℃范围内具有良好的线性,其塞贝克系数为40.5 μV/K,最大线性误差不超过0.92%,且响应速度快,时间常数为0.083 ms;可嵌入刀杆的温度测试单元实现了在切削加工过程中对瞬态切削温度数据的实时采集、数据存储与无线传输功能;现场试验结果显示,所研制的智能测温刀具可以快速准确监测0.1 s内刀具刀尖处瞬态切削温度的变化,为瞬态切削温度测试提供了新的方法,为智能测温刀具的研究与开发提供了新的技术途径。     

硬质合金刀具高温磨损过程机理分析

大型加氢筒节零件采用难加工材料,在加工过程中刀具常会因为高温高压而磨损失效,严重影响刀具寿命,阻碍生产率的提高。为了研究切削温度对硬质合金刀具磨损机理的影响,设计并进行了2.25Cr-1Mo-0.25V钢切削试验,分析不同切削参数下刀具的高温磨损机理,并通过有限元仿真方法进行了验证,获得不同切削参数下切削温度对刀具磨损的影响规律,为刀具的设计开发和切削参数的优化提供了理论参考。     

金属切削过程中切削热和切削温度场的仿真分析

切削热的产生和由它导致的切削温度是影响金属切削状态的重要物理因素之一。笔者通过45#圆钢在几种不同切削速度下的温度场的仿真分析,直观的表现出切削速度对金属切削热的影响,从而对优化切削参数和研究刀具磨损机理提供方法依据。     

Study on cutting temperature during milling of titanium alloy based on FEM and experiment

A finite element model of helix double-edge cutting was developed to study cutting temperature during milling of titanium alloy Ti6Al4V. To improve the accuracy of finite element simulation, a new method to construct material constitutive model was presented, and material constitutive model with big strain, high strain rate, and high-temperature characters for aeronautical titanium alloy in cutting process was established. Using this finite element model, milling process of titanium alloy was simulated. Cutting temperature change curves and values were obtained. An analysis indicates that the highest cutting temperature lies in tool-chip interface and is more close to cutting edge; moreover, the temperature is higher in rake face than flank face of the tool. The embedded semi-artificial thermocouple cutting temperature experiment was improved by substituting constantan band for constantan wire. By comparing the results obtained from finite element simulation and cutting temperature experiment results, a good agreement is found, showing finite element simulation analysis of cutting temperature for titanium alloy is correct.     

用数值仿真优选Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷刀具的切削参数

用数值仿真分析Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷刀具切削刃表面的温度场、应力场变化。采用瞬态和稳态有限元法确定模拟的初始变量,基于Deform2D和Johnson-Cook流变模型构建仿真切削模型,并对Al2O3/ZrO2(Y2O3)陶瓷刀具加工1045淬火钢进行仿真切削,实际切削和仿真切削的结果对比具有等同的一致性。结果表明,用Lagrange和任意拉格朗日欧拉方法获得稳态切削时刀刃接触表面的温度场和应力场,当改变切削速度和进给量参数时,将引起温度场和应力场的梯度变化,由此优选出最佳切削加工条件(切削速度vc、进给量f),为诊断陶瓷刀具的切削寿命和可靠性提供了理论数据。     

定向内冷车刀及其切削性能

针对镍基高温合金切削过程中存在的过热烧伤问题,提出采用定向内冷切削方法提高冷却液在切削区的换热效率。采用FLUENT软件建立定向内冷车刀的流场与温度场模型,分析微流道结构对刀具换热性能的影响,对刀具微流道结构进行设计,研制了定向内冷式切削系统。采用相同的切削加工参数,在干切削、外部浇注切削和定向内冷切削三种冷却环境下进行镍基高温合金切削对比试验,分析了冷却方式对切削力、切削温度、加工表面粗糙度和表面微观形貌的影响规律,结果表明：定向内冷方法可有效减小切削力并降低切削温度,获得表面粗糙度更小、纹理更为规整的加工表面。     

铍铜合金断续切削过程切削参数对后刀面温度的影响

为了分析切削参数对刀具温度的影响,以期在加工过程中改善刀具磨损和提高加工质量。采用以断续车削代替铣削加工的仿铣削试验平台,选取热电偶法对断续切削过程中不同切削参数下的后刀面温度进行测量,通过正交试验和单因素试验研究了切削参数对刀具温度的影响。结果表明,在v=200m/min,f=0.15mm/r,a p=0.75mm时,刀具温度最低,切削速度v和进给速度f对刀具温度的影响高度显著,背吃刀量对刀具温度的影响并不显著。在铍铜合金断续切削过程中,刀具温度在v=500m/min出现峰值,随着进给量的增大,刀具温度呈减小趋势,在f=0.11mm/r出现突变的趋势,与后刀面上的热量生成、热源移动和分配等因素的影响密不可分。     

切削区热电偶测温刀具的制备及其性能测试

由于切削测温温感器无法直接接触切削区,故在铂铑丝表面喷涂耐热绝缘层制作耐热热电偶,把表面覆盖耐热绝缘层的热电偶埋入硬质合金粉末,压制、烧结成热电偶测温刀片。通过恒温箱测温实验判定热电偶的测温性能,用性能正常的热电偶测温刀具进行切削测温实验,测温实验结果及切削刀具镜测结果表明,热电偶测温刀具能直接、可靠地进行切削区温度的测量,但是用此工艺制作的刀具切削寿命较短;实验结果还表明直径越大的铂铑丝制作的热电偶测温刀具的成品率越高,但是铂铑丝直径越大,刀具寿命越短;实验进一步揭示切削区内各点的温差较大,但是一次切削切削区温度场处于稳态时切削测温点的温度是稳定的,温度场处于稳态时切削温度的变化能迅速反映刀具的磨损状态的变化。     

铝合金Al2024铣削仿真分析与实验研究

采用有限元分析软件AdvantEdge对铝合金Al2024铣削加工过程进行了仿真研究,重点模拟分析了铣削力变化和切削温度分布情况。采用相同的切削参数在DMU-70V五轴加工中心上进行了铣槽加工实验。结果表明:仿真分析获得切削力变化曲线与实验结果吻合良好。仿真分析可用于铣削加工参数及刀具寿命的优化。     

钛合金铣削仿真分析及实验研究

由于良好的综合性能,钛合金被广泛应用,但钛合金加工性能差,刀具易磨损。为了提高钛合金铣削刀具寿命,设计正交实验,运用AdvantEdge FEM软件对TA15钛合金进行了三维铣削仿真,分析了切削温度与铣削参数之间的关系。基于铣削参数-温度图,并结合切屑云图,给出了优化后的铣削参数。铣削实验表明,仿真分析可以优化铣削参数...