旋转超声加工中磨粒冲击作用的仿真分析

在对单个磨粒进行动力学分析的基础上,定义了评价超声冲击作用大小的量纲一的参数K．采用光滑质点流体动力学(SPH)有限元分析方法,研究了旋转超声加工过程中磨粒的超声冲击作用对材料内部裂纹形成及扩展的影响．仿真结果表明:随着K值的增大,斜向裂纹的倾角减小,扩展深度逐渐降低,磨粒的超声冲击作用是裂纹形成及扩展的主要原因;在切削过程中,随着切削深度的增加,切削力逐渐增大;但是当裂纹产生以后垂向冲击力急剧减小,而横向冲击力变化不大;加工中碎屑的崩碎使磨粒对工件材料具有局部微冲击作用,导致两个方向的切削力都在相对较大范围内波动．     

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.     

纳米切削单晶铜的准连续介质法模拟

采用准连续介质多尺度方法模拟了单晶铜的纳米切削过程。分别采用原子位置图和应力分布图对纳米切削过程中局部变形进行描述,得出了模型的切削力-切削距离的响应曲线。从微观角度分析了单晶铜纳米切削过程中材料变形、材料去除机理及内部损伤情况。根据模拟结果,对切削过程中位错形核、演化过程、湮灭消失、切屑及加工表面的形成过程进行了深入的分析。从位错演化的角度解释了切削力与应变能曲线的峰谷变化。提出了纳米切削过程中材料受到刀具的挤压作用而导致位错形核。得出了在纳米切削过程中塑性材料的去除是基于位错运动演化的结论。     

线性改变切削深度对单晶铜纳米切削的影响

针对单晶铜纳米切削,利用分数阶微积分理论,建立了切削力主趋势分量对切削深度的依赖模型,以描述非线性的尺寸效应。利用近似熵测度,研究了在不同切削阶段中切削力高频扰动的复杂性。研究表明,在切入阶段,切削力经历了由负值到较大正值的突变,工件材料出现弹性失稳以及初期的弹塑性转变;在切削阶段,切削力的主趋势分量呈现明显的低频峰谷现象和非线性的尺寸效应。通过观测工件材料内部的位错形核及位错运动,详细地解释了切削力在线性改变切削深度条件下呈现这种演变特征的根本原因。     

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。     

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．     

多刀具纳米切削铜过程研究

运用分子动力学模拟技术建立多刀具纳米切削铜模型,工件原子间相互作用力采用eam势计算,工件与刀具原子间相互作用力采用morse势计算,刀具原子间相互作用力采用tersoff势计算.通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、能量、温度,发现多刀具纳米切削过程并不等同于单把刀具多次走刀,刀具之间相互干涉会影响切削力的变化.结果显示多刀具与单把刀具切削比较,切削力在一定程度内会变小,工件的温度相对较高,最终会影响切削效果.     

基于动态断裂力学的超声振动切削分析与仿真

为了解释超声振动切削所具有的切削力小等优点的产生原因,进行了超声振动切削的切削机理研究.文中采用动态断裂力学的方法,分析切削过程中由于引入振动所产生的冲击作用,引起了工件内部的动态应力强度因子的变化.利用理论分析与数值仿真相结合的方法,从力学的角度给出切削区产生断裂,从而形成切屑的机理.仿真结果说明了超声振动切削机理:由于振动加入所带来的动态效应使得切削区材料更易发生断裂,导致振动切削力下降.在上述分析基础上,给出了振动切削中正确选择振动参数的方法.     

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。