Ti6A14V钛合金高速切削试验与有限元建模

综合考虑刀具圆角影响的Merchant模型和高速正交切削Ti6AI 4V实验测量的切削力和切屑几何参数,解析求得了"切屑-刀具-工件"摩擦系数。计算表明"刀具-工件"摩擦系数约为"刀具-切屑"摩擦系数的3～7倍,该研究克服了现有文献中对"切屑-刀具-工件"摩擦系数取值的盲目性。基于该摩擦关系,建立钛合金高速切削有限元模型(FEM)。仿真切削力与试验值相比误差小于4.9%:锯齿间距、锯齿高度,及其剪切角与试验值误差均小于5.2%,钛合金高速切削有限元模型得到了有效性验证。     

TC4钛合金切削刀具磨损对切削过程影响的研究

通过建立的钛合金切削加工仿真数值模型,研究了刀具磨损对钛合金切削过程中切削力、切削温度及切屑形态的影响规律,并对这些影响的产生机理进行了讨论。结果表明:随着磨损程度的增大,切削力及切削温度会迅速增加;月牙洼磨损会引起切削力的剧烈震荡且振幅随磨损的增大而增大,后刀面磨损将增大切削力;锯齿形切屑的变形程度在加大,但是锯齿产生的频率在降低。     

钛合金锯齿状切屑形态模拟研究

利用有限元软件建立了钛合金(Ti6Al4V)的切削模型,得到锯齿状切屑的应力场、应变场及温度场,探讨了锯齿状切屑的形成机理,同时模拟了不同切削参数对锯齿状切屑形态的影响。结果表明:切削速度、进给量和刀具前角对锯齿状切屑形态的影响规律相似,即锯齿频率随切削速度、进给量和刀具前角的增加而增大。刀-屑摩擦因数对锯齿状切屑形态无明显影响,但切削力、刀-屑接触长度随刀-屑摩擦因数的增加而增大。换热系数对切削温度影响较大,换热系数越大,对切削温度降温效果越明显。对切削温度的抑制效果由低温冷风雾化射流冷却、水射流冷却、低温冷风冷却依次减弱,但都优于干切削。     

航空钛合金铣削过程有限元数值模拟

基于材料损伤理论确定了切屑分离准则,建立了钛合金TC4构件铣削过程的有限元模型,利用商业有限元软件(ABAQUS),在给定切削参数条件下,采用不同几何参数(前角、后角、螺旋角)的刀具对钛合金TC4的铣削过程进行了有限元模拟,研究了切削力和切削温度随刀具角度变化的规律,结果表明:铣刀的前角在10°~20°,后角为12°~20°,螺旋角为30°~45°时比较适合钛合金TC4的铣削。     

淬硬45钢斜角切削锯齿形切屑的有限元模拟

目前大多数对高速切削锯齿形切屑的仿真模拟都是针对二维直角切削,三维仿真模拟极少。实际切削加工是一个三维变形过程,为了更准确地揭示高速切削机理,亟需开展三维切削加工过程中锯齿形切屑的仿真研究。本文针对淬硬45钢(45HRC)斜角高速切削过程中锯齿形切屑的三维有限元建模及分析,基于ABAQUS通用有限元软件,采用Johnson-Cook材料模型和失效应变分离准则,模拟淬硬45钢(45HRC)斜角高速切削过程中锯齿形切屑的形成过程,并对不同刀具前角和切削厚度下的切屑锯齿化程度、流屑角和宽度变形系数进行分析。结果表明:随着刀具前角的减小和切削厚度的增大,切屑的锯齿化程度越来越明显;切屑的流屑角基本不受刀具前角的影响,近似等于刃倾角,但随着切削厚度的增大而逐渐增大;宽度变形系数随刀具前角的减小和切削厚度的增大而增大。     

高速切削铝青铜锯齿形切屑破坏有限元分析

根据霍普金森压杆试验数据拟合得到Johnson-Cook本构模型中的参数,基于Abaqus/Explicit的J-C材料本构模型模拟高速正交切削QAl9-4,仿真分析了切削速度、切削厚度、刀具前角等切削参数对切屑锯齿化程度的影响。研究结果表明:切屑的锯齿化程度随切削速度的增加而增大,随着切削厚度的增大而增大,随着刀具前角的减小而增大。研究结果可为优化切削参数提供参考依据。     

基于刀具磨损和切屑形成对切削Ti6Al4V的切削力特性研究

为了研究钛合金Ti6Al4V切削过程中的切削力特性,采用硬质合金涂层和无涂层刀具进行了外圆干车削试验,提取切削力信号,通过研究切削力的静动态特性,揭示了切削力与切削速度、刀具材料、刀具磨损以及切屑形成的关系.结果表明:钛合金切削过程中,切削力的静态分量中径向力Fp最大,直接导致刀具后刀面磨损;随着切削速度的变化,切削力的变化是由刀具磨损、材料本身的特性等多方面因素综合作用的结果,切削力动态分量分形维数可用于刀具状态监控;锯齿形切屑的产生与切削力的高频变化有直接的关系,锯齿生成频率可以作为切削力动态分量频率的一个表征,选取适当的切削参数可以降低由于锯齿屑产生引起的切削力振动.     

基于ABAQUS的Ti6Al4V切削仿真研究

以刀具前角作为变量,采用单因素变量法建立了基于ABAQUS的Ti6Al4V正交切削有限元模型。模拟了锯齿形切屑形成过程,深入分析了锯齿形切屑形成机理。研究了不同刀具前角对切屑锯齿化程度和切削力的影响。研究结果表明:刀具前角变化对锯齿形切屑形成有着重要影响;随着刀具前角增大,锯齿化程度逐渐减小,切削力也会逐渐减小。     

刀具前角对SiC_p/Al复合材料切屑形成及切削力的影响研究

采用整体性能定义SiC_p/Al复合材料,建立二维切削有限元仿真模型,应用ABAQUS有限元软件研究刀具前角对切屑的形成及其形貌、切削力变化等的影响。研究结果表明:刀具前角越大,形成的切屑尺寸越大;在切削深度较小时,负前角刀具形成的切屑多为小的碎片切屑,正前角刀具形成的切屑为较小的卷曲屑。在切削深度较大时,切屑更易发生断裂,即使前角较大,产生的切屑也主要呈短片状。切削力随刀具前角的增大而降低,切削高体份SiC_p/Al复合材料时切削力均具有周期性变化,其变化周期与切屑的形成过程具有较好的一致性。     

车削Inconel 625锯齿形切屑形成对颤振影响的试验研究

为研究高温合金Inconel 625车削过程中锯齿形切屑的产生对颤振的影响,本文通过有限元软件对车削刀具、机床主轴等部件进行模态仿真,获取对应的模态频率;进行不同切削参数的车削试验,采集加速度信号并进行频域分析以获取其FFT功率谱。通过超景深显微镜观察切屑形态,并计算不同切削参数下的切屑锯齿化频率。对比仿真和试验结果发现:当切屑锯齿化频率接近于车床某部件的主振频率时,产生了较大的颤振峰值,这说明锯齿形切屑的产生会诱导切削颤振发生,对切削过程稳定性产生了不利的影响。