钛合金正交切削过程数值模拟

为了研究刀具磨损、加工表面残余应力分布,优化高速切削参数,基于切削条件下材料屈服流动特性、刀具-切屑界面接触摩擦行为以及单元网格划分,建立切削加工过程的有限元仿真模型.通过此模型模拟了钛合金连续状和锯齿状切屑的形成过程.以观察实际切屑形态,验证了该模型的有效性.     

基于有限元模拟的钛合金锯齿状切屑形成机理

为了研究钛合金切削加工中的锯齿状切屑形成机理,通过对材料本构模型、刀屑接触摩擦、切屑分离和绝热剪切等关键物理环节建模,建立了切削加工有限元模型,并经试验验证了该模型的正确性.利用该有限元模型模拟了钛合金Ti6Al4V锯齿状切屑形成的全过程,通过分析一个锯齿节块的形成过程,以及该过程中的切削力同步发展变化规律和第一变形区中不同部位的三点应力、温度曲线,揭示了钛合金锯齿状切屑的形成机理是靠近切削尖处的材料发生热塑性失稳,继而在整个第一变形区诱发集中滑移,造成绝热剪切,从而形成节块状的锯齿状切屑.     

切屑折断分析及其直接断屑技术的研究

金属切削过程中,材料的去除是以切屑的形式完成的.切屑的形状受切削条件,如:切削速度、切削深度、进给量、工件材料以及刀具结构等因素的影响,而切屑形状又是影响工件加工效率的重要因素之一.首先将金属切削过程中产生的切屑分为理想型切屑和非理想型切屑;通过河流冲刷理论,假设切屑流摩擦刀片前刀面形成月牙洼的设想,提出理想断屑槽设计方法;通过切削实验,绘制断屑槽断屑特性曲线,从而揭示切削条件对切屑折断的作用规律,并进一步分析断屑槽的各种断屑机理.研究数据可为硬质合金可转位刀片的设计提供借鉴.     

钛合金切削绝热剪切带形成过程的有限元分析

采用有限元模拟方法对钛合金切削加工中的绝热剪切带形成过程进行了研究.通过对材料本构模型、刀-屑接触摩擦、切屑分离和绝热剪切等关键物理环节建模,建立了切削加工有限元模型.利用该有限元模型模拟和分析了钛合金TC4切削绝热剪切带形成的全过程,得到了与试验相似的锯齿状切屑,切屑中绝热剪切带分布规律与试验结果较为一致,切削力模拟结果与试验数据相吻合.研究结果表明,刀尖处首先形成小的变形区并逐渐扩展至切屑表面,变形区发生集中滑移,锯齿节块滑出,最终形成变形高度集中的剪切带;绝热剪切带内的温度相当高,而其两侧材料温度较低;绝热剪切带的形成与弹性能释放密切相关,弹性模量越小,切屑锯齿化程度和剪切带间隔时间越大.     

铝合金三维铣削加工的有限元模拟与分析

针对铝合金材料7050T7451的铣削加工，将刀具视为刚体，前刀面和切屑间的摩擦定义为材料流应
力的函数，采用商业有限元软件DEFORM3D，建立了能够反应实际铣削状态的三维铣削模型.利用该模型模
拟了切屑的形成过程，获得了与实际切屑相似的屑形.通过分析铣削过程中的三维铣削力的变化，揭示了
刀 屑的接触长度.对应力、应变和切削温度分布的分析表明，应力主要集中在第一剪切区，而应变和温
度的最大值在刀 屑接触面上.     

基于正交切削模拟的直齿圆柱铣刀前角优化

为了优化设计直齿圆柱铣刀前角以延长刀具使用寿命，建立了金属切削加工的平面应变有限元模型.该有限元模型基于切削加工的热 弹 塑性有限元方程和力学边界条件的简化，综合了切屑的几何和物理分离标准，利用修正的库仑摩擦定律定义了刀 屑间的摩擦.模拟了不同刀具前角和不同切削速度条件下的切削加工过程.结果分析表明，在相同材料去除率情况下，刀具前角越大，刀具前刀面上的切削温度越低，刀具具有较长的使用寿命.通过优化刀具前角，提高切削速度，切削力和切削温度变化较小，但是显著提高了材料去除率.     

航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟

研究了铣削加工模拟所涉及的切削层的等效简化、工件材料的流动应力模型、刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术，并针对铣削加工的特点，建立了铣削加工模拟的有限元模型，基于此模型对高速铣削加工航空铝合金7050 T7451的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值，其值与数值模拟结果比较吻合，证明了所建有限元模型的正确性，从而也表明了采用此模型进行的应力和温度的模拟结果是可信的.铣削加工有限元模拟研究为铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

高速切削典型难加工材料刀具摩擦与磨损机理研究现状

钛合金、镍基高温合金的低导热性、高化学活性引起高速切削过程中刀-屑接触区域温度高、工件材料与刀具亲和力强,刀具磨损严重,加工效率低,属于典型的难加工材料.针对这类典型难加工材料中刀具摩擦与磨损严重的问题,在论述高速切削刀-屑接触区摩擦特性研究现状的基础上,分析了刀具磨损机理、刀具切削性能、以及冷却润滑对刀具摩擦磨损行为...     

航空钛合金高速切削有限元建模

为了正确模拟钛合金Ti6Al4V高速切削过程中锯齿状切屑形成的过程,深入研究有限元建模过程中有限元模型的建立、材料本构关系、切屑分离准则、材料失效准则、切削热动态耗散与热传导等关键技术.结合实例,分别采用热力耦合分析和绝热分析对钛合金Ti6Al4V的加工过程进行正交切削有限元模拟.通过对2种模型获得的应力分布、温度分布、切削力曲线进行分析,以及将2种模型获得的锯齿状切屑与实际切屑形状进行对比,证明了绝热剪切是导致高速切削钛合金生成锯齿状切屑的原因.     

42CrMo合金结构钢的切削加工有限元分析

采用有限元方法构建了42CrMo(美国牌号AISI 4140)合金钢的正交切削仿真模型,并对其进行了二维有限元仿真.切削仿真中,利用Johnson-Cook本构模型确立工件材料模型,刀屑界面摩擦采用剪切摩擦,分析温度场时把热传导系数设置为在刀屑界面上产生的压力函数.切削仿真结果表明:增大刀具前角,切削力下降;提高切削速度,则切削温度上升,等效应变速率明显加快.     

微切削加工Al7050-T7451过程切屑形貌及尺度效应研究

采用硬质合金刀具,通过一系列的单因素直角切削试验对铝合金7050-T7451微切削加工中的切屑形貌、切削力以及尺度效应等进行了研究。为了便于使用Kistler9257B型测力仪进行加工过程切削力的测量,对工件进行处理,使用数控铣削中心实现直角车削。试验方案在不同切削速度下变换切削深度,考虑刀具刃口半径的存在对微切削加工过程的影响。试验中收集不同切削参数下的切屑,得到切屑的宏观形貌;对切屑进行抛光腐蚀,在高倍光学显微镜下获取切屑的微观形貌,研究了切削参数对切屑厚度和卷曲程度等的影响规律。试验过程中实时测得不同切削条件下的切削力,讨论了微切削加工过程切向力和径向抗力受刀具刃口半径影响下的变化规律,并从单位切削力的角度出发研究了刀具刃口半径对微切削加工过程中尺度效应的影响规律。     

Chip formation in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy under nitrogen-oil-mist

High speed milling experiments using nitrogen-oil-mist as the cutting medium were carried out to investigate the characteristics of chip formation for Ti-6Al-4V alloy.Within the range of conditions employed（cutting speed,vc=190-300 m/min;cutting depth of axial,ap=5,7 mm）,saw-tooth chips were produced in these experiments.During the macro and micro analysis of the Ti-6Al-4V chips,an optical microscope and a scanning electron microscope（SEM）were used to study the microstructure and the morphology of the chips,and the X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）was employed for chemical analysis.Comparisons were made to study the influence of different cutting media（nitrogen-oil-mist,air-oil-mist and dry cutting condition）on chip formation.Results indicate that cutting media have significant effects on chip formation.Nitrogen-oil-mist is more suitable for improving the contact condition at chip-tool interface and increasing the tool life in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy than air-oil-mist and dry cutting.     

Finite element simulation of chip formation in peripheral milling mild carbon steel

The metal cutting process is actually a process ofchip formation,in which almost all of the cutting ener-gy is consumed for chip formation.The process of chipformation has attracted great attention for a long time.This is due to the fact that most of the information usedfor evaluation of the cutting process,such as controlimprovement of chip handling,tool wear,dimensionalaccuracy,and surface integrity,are closely related toit.During the milling process,the chip thickness va-ries along the cutt…     

光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟

针对传统有限元方法过度依赖于网格,计算时磨粒和工件接触区域的网格畸变严重,很难模拟脆性材料加工中材料内部裂纹的形成过程这一问题,利用光滑粒子流体动力学法建立单个磨粒切削加工过程的FE/SPH耦合有限元模型,对熔石英材料研磨过程进行数值模拟,为脆性材料切削过程的仿真提供了新途径.系统分析研磨加工中亚表层裂纹的形成过程以及切削参数对亚表层裂纹深度的影响规律.仿真结果表明:磨粒刚开始切入工件时材料处于弹/塑性变形阶段,随后在磨粒的挤压及撕扯作用下,材料内部产生大量微裂纹,微裂纹的合并、连通和扩展最终形成了平行于工件表面的横向裂纹和垂直于工件表面的纵向微裂纹,导致工件材料的脆性断裂去除.     

大直径菲涅尔透镜模具加工机理

针对大直径菲涅尔透镜模具的加工难题,基于有限元仿真软件ABAQUS和模态实验方法对大直径菲涅尔透镜模具切削过程加工机理进行分析.介绍了菲涅尔透镜设计及模具加工原理,结合材料本构关系、材料失效准则等,建立正交切削二维模型,得到仿真切屑,与模态实验得到的切屑进行对比,验证了仿真切削模型的可行性.研究了切削速度、进给速度对切屑形成过程的影响.研究结果表明:在H62黄铜模具加工过程中,材料强度和塑脆性对切屑形态产生重要影响,随着变形速度的提高,材料强度提高,材料塑性降低,切屑的演化过程依次分为带状切屑、锯齿切屑、单元切屑.     

单晶硅和单晶铝纳米切削过程比较

采用分子动力学模拟方法进行了单晶硅和单晶铝纳米切削过程的比较研究．硅原子间相互作用力采用Tersoff势计算，铝原子间和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算．通过对切削过程中切屑和加工表面、能量和切削力的分析，发现硅发生非晶态相位变换和切屑体积改变，但没有位错和弹性恢复产生；而铝发生的现象却与硅相反．     

单晶硅和单晶铝纳米切削过程比较

采用分子动力学模拟方法进行了单晶硅和单晶铝纳米切削过程的比较研究，硅原子间相互作用力采用Tersoff势计算，铝原子间和工件与刀具原子间相互作用力采用Morse势计算．通过对切削过程中切屑和加工表面、能量和切削力的分析，发现硅发生非晶态相应变换和切屑体积改变，但没有位错和弹性恢复产生；而铝发生的现象却与硅相反。     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系．由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象．文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量．试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视．