麻花钻钻削钼圆材料过程有限元分析

通过对标准麻花钻数学模型的研究,用Deform 3D建立了麻花钻钻削钼材料的有限元模型,并对钻削过程的应力应变、钻削温度和钻削轴向力的情况做了仿真研究。结果表明切削温度和轴向力都随麻花钻的转速及进给量的增加而增大,而选择合适的转速和进给量能使得材料的应变变小,切削形状良好。为钼材料的钻孔加工,工艺参数的选择提供了相关的理论依据。     

CFRP/铝合金叠层构件旋转超声钻削温度研究

碳纤维复合材料(CFRP)/铝合金叠层的钻孔机理不同于单层材料钻孔,铝合金切屑在排出孔外过程中因切削温度过高会烧伤CFRP孔壁。为了改善CFRP叠层构件加工质量,将旋转超声钻削技术(RUM)引入到该材料的加工中。针对叠层构件钻削温度过高的问题,开展了旋转超声钻削试验研究,阐明了主轴转速、进给速度及超声振幅对钻削温度的影响规律。采用多元回归分析,分别建立了CFRP和铝合金的钻削温度指数预测模型。通过对比预测值和试验值,验证了钻削温度模型构建的合理性和有效性。     

奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的钻削试验研究

奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti属较难加工材料,特别是较小孔钻削。为了得到钻头直径与钻削参数对钻削力和钻削温度的影响规律,故用高速钢标准钻头对1Cr18Ni9Ti与45钢进行了钻削对比试验,并用多元线性回归模型建立了钻削力和钻削温度的经验公式。结果表明:1Cr18Ni9Ti的扭矩和轴向力比45钢大,钻削参数对钻削力影响规律与45钢相同,即钻头直径对钻削力的影响最大,进给量次之,钻削速度最小;1Cr18Ni9Ti的钻削温度比45钢约高1.4倍,钻削速度对钻削温度影响最大,进给量次之,钻头直径最小。     

高锰钢钻削温度测量系统的建立与实验研究

为了实现难加工材料ZGMn13的钻削温度的测量,建立了一套钻削温度测量系统。系统的硬件部分由计算机、数据采集卡、放大电路和电偶回路组成,软件部分采用虚拟仪器技术来实现。通过此系统得到钻削温度沿主切削刃分布,切削用量对切削温度影响的规律,得到了ZGMn13钻削温度的回归方程,证明了所建立的实验系统的有效性。     

CFRP钻削加工参数对钻削温度及材料损伤的影响

基于碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)钻削实验分析了钻削过程的温变特性,研究了钻削加工参数对钻削温度和材料损伤的影响。结果表明：钻削温度随钻削深度同趋势增加,出口侧加工缺陷主要位于90°纤维切削角区域;进给量和转速都对热量累积起着重要作用,与转速相比,进给量对温度的影响占主导地位;钻削温度随进给量增大而降低,综合损伤因子随进给量的增大而增大。     

药柱钻削过程中的温度仿真分析

药柱装药钻削成形过程中，以其特殊的粘弹性材料加工的复杂性和环境温度的敏感感知等因素，使在实际加工过程中加工参数的选择变得比较困难。加工参数的选择直接影响钻削温度，温度的高低侧面影响加工效率和安全性，因此研究钻削参数对钻削过程中的温度影响规律对指导生产是十分必要的。以少见的钻削粘弹性材料为例，通过仿真计算和实验验证，研究了主轴转速、进给速度和环境温度对钻削温度的影响规律。结论表明：粘弹性材料钻削与金属钻削具有一定的相似之处，但是切削热和摩擦热的影响关系与材料的韧性有关。研究发现药柱的粘弹性材料在40℃左右时，温度上升明显变缓，这是由于不同材料的温升特性不同。并且根据已知数据得出在环境温度为20℃，转速160r/min，进给速度为1.7mm/s时，最高温度变化相对稳定，且处于较安全温度控制范围。     

垫板对挠性印制电路板微孔钻削特性的研究

研究了钻削挠性印制电路板(Flexible printed circuit board,简称FPC)时采用七种不同的垫板的钻削特性。分析了七种垫板的排屑过程及钻屑形貌。研究不同纸垫板、不同木垫板以及木垫板和纸垫板之间的钻削性能,分析垫板对FPC钻削过程的钻削轴向力、钻削温度以及钻头磨损影响规律。结果发现,垫板排屑特征和切屑形貌与垫板材料有关,纸垫板切屑呈螺旋带状,钻削时易缠绕钻针,其中FUF缠屑最为严重;木垫板切屑为粉末状,整体排屑过程较为顺畅。钻削垫板的钻削轴向力取决于垫板密度及表面硬度,垫板的钻削轴向力对FPC钻削轴向力的影响不大。FPC的钻削温度与垫板材料和排屑有关,使用FUF垫板时钻削温度最高,而密胺木垫板由于表面树脂易吸热软化,其钻削温度最低。木垫板的综合钻削性能优于纸垫板,主要表现在木垫板的排屑性能优良且钻削温度低。在不同钻削情况下应侧重考虑选用合适的垫板,为促进FPC排屑,且减小刀具磨损时,宜选用切屑为粉末状、密度低、表面硬度小的垫板,如润滑木垫板或密胺木垫板;而在考虑降低FPC钻削温度,提高钻削稳定性时,宜选用具有散热性树脂涂覆的木垫板,如密胺木垫板。     

钻头几何参数对低频振动钻削CFRP/钛合金叠层材料钻削轴向力及温度的影响

通过开展低频振动钻削叠层材料单因素试验,研究了刀具的顶角、螺旋角和后角对钻削轴向力及温度的影响。结果表明:钻头顶角越大,轴向力越大,螺旋角的变化对钻削CFRP层轴向力影响较小;在钻削钛合金层时,轴向力随着螺旋角的增大呈先下降后上升的趋势,钻头后角越小,轴向力越大;钻头几何参数对钻削温度的影响可以忽略,得出较为适合CFRP/钛合金叠层材料振动制孔的钻头几何参数为顶角120°、螺旋角25°、后角20°。     

第8届上银优秀机械博士论文奖——金奖 CFRP低损伤钻削制孔关键技术研究

<正>轻质高强碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)是运载装备减重增效的优选材料,可显著提升装备性能。此类材料构件的装配连接需加工大量连接孔,且制孔损伤容限要求苛刻。但CFRP是典型的难加工材料,钻削制孔时,与金属等匀质材料相比,材料失效行为和去除机理迥异,易在出口区域产生严重损伤,对现有加工技术提出严峻挑战,制约CFRP的应用,限制装备性能提升。本文研究CFRP的切削机理和温度影响规律,提出合理控制切削力,降低切削温度影响的方法,研发钻削刀具和工艺关键技术,实现CFRP低损伤钻削制孔。1)建立了CFRP切削加工中单侧弱约束区域材料的单纤维切削和刀具/纤维接触的理论模型,表征了钻削出口材料的切     

基于各向异性皮质骨模型的斜向骨钻削机理研究

利用ABAQUS软件建立各向异性皮质骨仿真模型,采用骨钻削的实验参数进行仿真,对照验证了材料属性设置为各向异性时的有限元模型能够较好地模拟骨钻削过程。利用该各向异性模型探究了钻削角度、进给速度和钻速对钻削温度、轴向力和扭矩的影响规律,通过响应面法构建了温度、轴向力与扭矩关于钻削参数的预报模型。该研究成果更符合骨裂固定手术的实际情境,为智能化骨骼钻削控制系统的开发奠定了基础。     

基于Deform-3D准干式深孔BTA刀具钻削的仿真研究

采用Deform-3D有限元分析软件对准干式单刃内排屑BTA钻削做了仿真研究。应用Deform-3D软件设置模拟参数为干式钻削,在不同的切削用量情况下对切削力的大小、刀具磨损以及切削温度场进行了仿真分析,讨论了断屑判据以及分屑的形成过程,为准干式深孔加工的切削参数和刀具参数的进一步优化提供了依据。     

基于Deform 3D的高速车削加工仿真研究

基于有限元分析软件Deform 3D对高速车削加工进行仿真研究,通过实例分析了车削过程中切屑的形成过程,切削力大小、切削温度及应力应变的分布情况。该仿真结果对车削工艺效果的预测和优化具有现实的指导意义。     

麻花钻的数学建模及钻削过程有限元分析

为预测麻花钻的几何参数及钻削用量对钻削力和钻削温度的影响,通过对标准麻花钻的几何造型及锥面磨法的研究,用UG做了3D实体模型,基于Deform3D建立了有限元模型,并对钻削过程的钻削力和钻削温度的分布做了仿真研究。结果表明,扭矩、轴向力和切削温度均随麻花钻的直径增加而增大,随进给量的减小而降低。     

车刀双倒棱结构切削效应的仿真分析

以Al-6061铝合金为研究对象,基于Deform有限元分析软件,进行三维切削仿真分析。采用正交试验设计方法,研究车刀双倒棱结构参数对切削力及切削温度的影响规律。仿真试验结果表明,在适当的双倒棱宽度与双倒棱角度下,切削力和切削温度对比单一定值倒棱有明显的减小,研究结果可为倒棱刀具刀尖结构优化和实际切削加工提供理论指导。     

基于Deform的环境温度对镍基合金切削性能影响的仿真研究

利用Deform有限元软件,设计了有限元仿真试验,研究了环境温度对镍基合金切削性能影响规律。研究结果表明,随着环境温度的升高,最高切削温度和材料去除率有上升趋势。在温度较低(<-40℃)和温度较高(>60℃)的条件下都有利于减小切削力,热通量和接触面积受环境温度的影响很小。     

基于Deform 3D的刀具切削刃钝圆半径的优化设计

运用Deform 3D软件对考虑了刃口半径的切削过程进行了有限元仿真,分析了切削刃半径对加工过程对切削力和切削温度的影响。并对刀具应力及刀具磨损进行了分析,为刃口的优化设计提供了有力的依据。     

基于正交切削的有限元仿真建模技术

利用Deform2D有限元分析软件建立了金属正交切削过程的仿真模型。通过正交切削试验,对仿真结果进行了验证和比较,并分析了摩擦系数对仿真结果中切屑形状、切削力等的影响。     

浅孔钻钻削过程中的有限元动态仿真

基于Deform 3D有限元软件平台,采用数值仿真技术,建立了浅孔钻钻削加工45钢的有限元模型。动态模拟了浅孔钻钻削过程,获得了浅孔钻钻削加工过程中变形工件的等效应力和温度,分析预测了加工过程中硬质合金刀具所受的主切削力、径向力以及两刀片所受的扭矩及评估刀片的磨损情况。     

GH4169高温合金薄壁钻削加工钻削力的仿真研究

GH4169高温合金薄壁钻孔与常规的高温合金厚壁钻孔相比有其特殊性,应用有限元分析软件对硬质合金钻头钻削镍基高温合金平板薄壁件的动态过程进行建模,总结钻削过程中钻削力的变化特点以及进给量和钻削速度对钻削力的影响。研究结果表明:当钻尖高度大于薄壁件厚度时,根据钻头与薄壁件的相对位置,可将钻削过程分为三个阶段,在不同阶段钻削力变化特点不同;轴向力和扭矩随着钻削速度的增加而增加,但轴向力增加幅度不大;轴向力和扭矩均随着进给量的增大而明显增大;进给量对钻削力和扭矩的影响较钻削速度明显。