单颗磨粒磨削钛合金TC4成屑过程仿真研究

采用有限元模拟技术对钛合金TC4材料的单颗磨粒磨屑形成过程进行了仿真研究.研究表明:钛合金TC4在单颗磨粒磨削过程中发生绝热剪切,形成锯齿状磨屑;磨削过程中单颗磨粒磨削力成周期变化;磨粒负前角增大,锯齿化程度加深;磨削速度提高,磨屑剪切带宽度减小;仿真分析得到的磨屑形态与实验结果相一致.     

基于SPH法的钢轨打磨单颗磨粒磨削仿真

为研究钢轨打磨过程中材料的去除机理,采用光滑粒子流体动力学（SPH）的方法,仿真模拟钢轨打磨过程中单颗磨粒的切削过程,分析单颗磨粒几何形状、切削深度、负前角对打磨磨削过程中切削力、切削力比的变化规律及工件材料应力、变形情况的影响。结果表明:由于单颗磨粒的推挤作用,工件材料流动后形成毛刺和磨屑,而棱锥形磨粒可以获得较好的磨削加工表面;切削力随磨粒切削深度的增加而增大;磨粒负前角增大时,切削力和切削力比都随之增大,且负前角越大磨屑呈越明显的锯齿状。      

镍基高温合金高速超高速磨削成屑过程的三维仿真研究

建立单颗磨粒磨削GH4169镍基高温合金的三维有限元仿真模型,研究高速、超高速磨削条件下的磨屑形貌演化过程及磨削力变化规律,观察磨削区域内的应力应变、温度等物理参量的分布和变化,分析磨削速度和单颗磨粒切厚对磨屑形貌、成屑频率及沟槽隆起特征的影响。结果表明:高速、超高速磨削镍基高温合金时,易出现锯齿形磨屑;磨削力呈周期性变化,其周期与磨屑形成过程对应;磨削过程中的温度、应变以及应变率主要集中在剪切带区域,而应力则集中在剪切带的两侧。随磨削速度增大,磨屑锯齿间间距变小,锯齿化程度增强,成屑频率呈线性增大趋势,沟痕隆起比升高。此外,单颗磨粒磨削GH4169的临界成屑切厚约为0.3 μm,当切厚为0.8 μm时有锯齿形磨屑出现,且随单颗磨粒切厚增大,锯齿化程度增强,但成屑频率降低。      

介观尺度下单颗磨粒对切屑变形区应力影响研究

为研究TC4合金在介观尺度下的磨削过程中切屑变形区的应力分布对切屑的形成及磨削工件表面质量的影响,基于热-力耦合理论建立了单颗磨粒磨削理论模型,并利用ABAQUS对磨削过程进行了有限元仿真分析。仿真结果表明:当磨削深度小于0.5μm时,继续减小有利于减小切屑变形区流动应力的变化幅度,从而提高工件质量;与磨粒圆锥角度相比,磨削速度对切屑变形区应力变化影响更为显著,其变化值基本保持在400MPa左右。研究结果对进一步提高工件表面质量及TC4合金的磨削性能奠定了理论基础。     

镍基单晶高温合金DD5磨削成屑机理研究

为研究镍基单晶高温合金DD5的磨削去除机理,提高其加工效率,针对镍基单晶高温合金具有显著各向异性的特点,建立基于Hill模型的三维有限元磨削模型,研究镍基单晶高温合金DD5的表面加工形貌和切屑形貌,分析切屑形貌演变过程及其磨削力变化,探究磨削速度对切屑形貌和切屑形成频率的影响。研究表明：在磨削参数范围内,加工DD5容易出现锯齿形切屑;磨削力呈稳定增加并伴有一定的周期性波动,其波动情况与锯齿形切屑相对应;随着磨削速度的增大,磨粒能更快进入切削阶段,其临界成屑厚度由0.225μm最终降为0.158μm,成屑阶段占比由85.0%提高到89.5%;临界划擦厚度受磨削速度变化影响不大;随着磨削速度的增加,DD5切屑形貌由锯齿分节密集堆叠的单元节状向连续型锯齿状转变,最后发展为条形带状切屑。     

单颗磨粒的平面磨削三维动态有限元仿真

将磨粒简化为圆锥形,利用Deform-3D软件,进行了单颗磨粒的平面磨削的三维动态有限元仿真。分析了砂轮与工件表面之间的摩擦系数相同而磨削速度不同时对磨削力产生的影响,以及磨削速度相同而摩擦系数不同时对磨削力产生的影响。结果表明：未变形磨屑厚度不变时,单位磨削力随着砂轮速度的增加而增大,在砂轮速度的低速区,单位磨削力增加较快,而在砂轮速度的高速区,单位磨削力增加得较慢;在磨削速度不变时,单颗磨粒的磨削力随着摩擦系数的增加而增加。     

氮化硅陶瓷干湿磨削温度与表面质量研究

为研究干湿磨两种条件下氮化硅陶瓷温度场特性,以及磨削力、温度场特性与表面质量三者间的关系。在理论分析的基础上运用ABAQUS有限元软件对其进行仿真,最后通过实验分析干湿磨条件下的温度场对其表面特性的影响。得出在干湿磨两种条件下的磨削力与磨削区温度场的关系以及磨削温度场的分布情况;并分析了温度场对其热裂纹的影响与温度和其表面特性的关系。得出磨削力是影响磨削区温度场变化的主要因素;随着磨削表面下深度的增加,湿磨下磨削温度的幅度变化要大于干磨,且磨削温度的幅度变化对其表面特性与裂纹的产生有所影响;干磨条件下的表面粗糙度与微观形貌要优于湿磨条件下。     

钎焊金刚石砂轮端面磨削钢轨中磨粒的单位磨削力研究

假设钎焊金刚石砂轮磨粒形状为八面体且磨粒分布均匀,用磨粒运动学轨迹模型及有限元积分法推导端面磨削时磨粒与工件的接触线长度,用平均体积法求得未变形磨屑平均厚度,进而推出端面磨削时切向磨削力与单位磨削力的关系式,并通过钢轨端面磨削实验建立单位磨削力数学模型并进行验证。验证结果表明:单位磨削力数学预测模型有效,可为后续端面磨削时磨削力和磨削温度等的计算提供理论支撑。      

基于J-C模型的Ti6Al4V切屑成形有限元模拟与分析

为了研究材料流动应力参数对高速切削加工中切屑形成有限元分析的影响,通过对材料本构模型、切屑分离、切屑断裂和刀-屑接触摩擦等进行建模,建立了切削加工的有限元模型,并验证了模型的正确性.基于该模型模拟了Ti6Al4V钛合金J-C模型在三组不同材料M1、M2和M3的参数条件下,利用DEFORM软件仿真模拟高速切削时切屑的形成过程,均得到了与试验相吻合的锯齿状切屑.与试验结果相比,M1的模拟效果最理想,M2和M3次之,从而为有限元模拟高速切削钛合金提供了较好的仿真手段和理论依据.     

钛合金高速切削切屑形成机理的有限元分析

钛合金在切削加工时容易产生锯齿状切屑，周期性的锯齿状切屑会引起切削力高频波动，从而影响加工表面质量和刀具寿命。然而其切屑形成的机理尚无统一的结论。本研究采用刚塑性有限元模型以及正交化Cockroft—Latham断裂准则，对钛合金Ti6A14V高速正交切削进行了仿真。仿真结果显示，周期性断裂理论能很好地解释钛合金锯齿状切屑形成的机理，主剪切变形区应力状态的变化是裂纹萌生与扩展的主要原因。研究结论与相关试验切屑显微照片特征相吻合，可以为实现钛合金高速切削提供理论依据和技术支持。     

高新切割技术在我国造船业中的应用及发展趋势

回顾了数控切割技术在我国造船行业中的应用状况，并揭示了大力推广高新切割技术对船舶工业未来发展的重要意义。     

干式切削及其刀具技术

干切削作为一种新型的绿色制造技术,不仅能避免切削液对环境的污染,而且能大幅度降低产品的生产成本。文章介绍了干切削研究的国内外现状,对实现干切削的刀具技术进行了系统的阐述。     

国内自动化热切割技术发展态势分析

概述了自动化热切割技术及其在国内的应用现状，并揭示了未来先进切割技术的发展趋势．     

数控火焰切割机切割质量的参数控制

影响数控火焰切割机切割质量的因素有氧气的纯度、预热火焰功率及时间、氧气压力、切割速度、割嘴到工件的距离等。通过对实验及现场实际切割参数的整理分析,得出切割质量的参数控制表,以供参考。     

等离子切割机直角切割工艺改善

采用等离子切割钢板时,由于等离子切割弧的形状不规则,在切割过程中等离子弧并不垂直于钢板表面,钢板上层先于下层被切割,直角零件常被切割成圆角零件,导致零件切割质量不合格。现对原有工艺进行改善,等割零件一次交检合格率提升至95%,减少了手工打磨时间,零件生产效率提高20%。     

PcBN刀具连续车削淬硬钢性能的研究

为了研究PcBN刀具在干式连续车削条件下刀具的性能,选用两种不同的PcBN刀具,在不同切削速度及不同工件硬度条件下,对淬硬钢进行车削试验。在此基础上,对刀具前、后刀面的显微形貌特征进行了观察,分析了刀具的失效机理。结果表明:切削速度对刀具的切削寿命影响很大,随着切削速度的增加刀具寿命几乎线性下降。硬度也是影响刀具切削寿命的重要因素之一,当v190 m/m in时,刀具切削硬度为(64±1)HRC工件的寿命比相同条件下切削硬度为(61±1)HRC工件的寿命下降约40%~60%。刀尖温度随着切削速度的增加不多,切屑温度要比刀尖温度高出许多。在本试验中,刀具的失效判据为崩刃或后刀面平均磨损超过0.3 mm。     

PCBN刀具干湿切削加工淬硬钢时的磨损对比

本文研究了在一定切削参数下干、湿式切削加工淬硬钢时四种PCBN刀具的刀具寿命、磨损形式和磨损机理。通过扫描电子显微镜观察不同切削行程下刀尖形貌和刀具后刀面磨损量,并对刀具前后刀面进行能谱分析。结果表明湿式切削时的后刀面磨损量小于干式切削,说明刀具湿切比干切时具有较好的性能;PCBN刀具的磨损形式有前刀面磨损、后刀面磨损,其中前刀面磨损的表现形式为月牙洼磨损,磨损机理为机械磨损、氧化磨损和黏结剂磨损,而后刀面磨损机理有机械磨损、氧化磨损、黏结剂磨损和扩散磨损等;同时还发现CBN含量下降,刀具的后刀面磨损量也有下降趋势,即刀具的切削寿命有延长趋势。     

碳纤维预浸料超声切割工艺

对碳纤维预浸料超声切割工艺进行了研究。在超声切割过程中,为了保证切割质量,对切割压力仍有一定的要求。超声切割功率的提高,有利于减小切割压力,拓宽切割速度范围。实验结果表明,对于纤维预浸料的切割与下料,超声切割技术是一种可获得高质量、高效率的加工方法。     

气割工艺分析

对切割氧气压力、切割速度及倾角、割嘴与割件距离等对切口表面的质量的影响因素进行了分析,并提出改进质量的措施。     

Determination of workpiece flow stress and friction at the chip–tool contact for high-speed cutting

This paper presents a methodology to determine simultaneously (a) the flow stress at high deformation rates and temperatures that are encountered in the cutting zone, and (b) the friction at the chip–tool interface. This information is necessary to simulate high-speed machining using FEM based programs. A flow stress model based on process dependent parameters such as strain, strain-rate and temperature was used together with a friction model based on shear flow stress of the workpiece at the chip–tool interface. High-speed cutting experiments and process simulations were utilized to determine the unknown parameters in flow stress and friction models. This technique was applied to obtain flow stress for P20 mold steel at hardness of 30 HRC and friction data when using uncoated carbide tooling at high-speed cutting conditions. The average strain, strain-rates and temperatures were computed both in primary (shear plane) and secondary (chip–tool contact) deformation zones. The friction conditions in sticking and sliding regions at the chip–tool interface are estimated using Zorev's stress distribution model. The shear flow stress (k_chip) was also determined using computed average strain, strain-rate, and temperatures in secondary deformation zone, while the friction coefficient (μ) was estimated by minimizing the difference between predicted and measured thrust forces. By matching the measured values of the cutting forces with the predicted results from FEM simulations, an expression for workpiece flow stress and the unknown friction parameters at the chip–tool contact were determined.