考虑材料损伤演化的钛合金切削过程仿真及试验研究

为更精确地模拟钛合金的切削过程,将断裂力学的裂纹扩展能量理论作为材料损伤演化准则引入切削仿真,考虑刀具切屑接触面上的极限剪切应力随摩擦系数变化、摩擦系数随温度变化,建立了钛合金Ti-6Al-4V二维正交热力耦合切削仿真模型。通过钛合金车削试验及切屑金相观察试验对有限元模型进行验证,结果表明仿真的切削力、锯齿切屑形态与实验结果吻合程度较高。以该有限元模型为基础,分析了已加工表面的残余应力,预测了前角对切屑卷曲与损伤程度、剪切角、锯齿形状、刀具温度的影响。     

刀具磨损对TB6钛合金车削表面残余应力影响的研究

表面残余应力是表面完整性的重要指标,基于此研究刀具磨损对TB6钛合金车削表面残余应力的影响。应用计算机软件建立磨损刀具与TB6钛合金的有限元模型,仿真分析不同后刀面磨损量的刀具在车削过程中对切削力、切削温度和表面残余应力的影响,得到切削力、切削温度的变化趋势,以及进给方向和切削方向的表面残余应力受影响规律。     

硬质合金刀具高速车削钛合金的切削性能研究

采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti-6Al-4V钛合金进行了高速干车削试验,通过对切削过程中切削力、刀具寿命、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具高速干车削钛合金的切削性能,为钛合金高速切削刀具的设计提供了试验依据。     

高速铣削钛合金Ti-6Al-4V切削力仿真研究

切削力对工件的机械加工性和刀具磨损有重要的影响。基于有限元仿真技术,针对钛合金Ti-6Al-4V高速铣削力进行数值仿真,重点研究切削参数对铣削力的影响规律。结果表明:随着每齿进给量和径向切深的增加,切削力有不同程度的增加;随着轴向切深的增加,切削力呈正比增加趋势,但主轴转速对铣削力影响并不明显。分析结果为钛合金Ti-6Al-4V高速铣削加工工艺参数优化奠定了基础。     

金刚石刀具几何参数对已加工表面残余应力的影响

针对微米级切削深度的超精密车削中金刚石刀具几何参数对已加工表面残余应力的影响,采用有限元的方法,建立超精密车削的有限元仿真模型,对硬铝合金的超精密车削过程进行模拟。对车削过程的切削力和切削温度进行分析。采用不同的刀具几何参数进行有限元仿真,得到刀具前角、后角和钝圆半径对已加工表面残余应力的影响和分布规律,为超精密车削中残余应力的控制提供仿真依据。     

纵扭超声铣削残余应力三维有限元仿真与试验

针对钛合金等航空难加工材料,提出采用纵扭复合超声振动辅助铣削的加工方法以实现压应力抗疲劳制造。根据侧铣-顺铣加工特性,基于热力耦合作用建立了钛合金铣削等效三维有限元仿真模型,有效提高了计算效率,实现了刀具作为载体的纵扭超声振动仿真。根据铣削残余应力的形成机理,通过机械应力和热应力的加载-释放,完成了加工残余应力的仿真。利用所建立的有限元模型,从切削力、切削温度以及加工残余应力角度出发,对比分析了传统铣削和纵扭超声铣削的差异性,得出纵扭超声振动能够有效降低切削力和切削温度,增大表面压应力值和压应力层深度。通过试验对纵扭超声铣削等效模型进行了验证,结果表明所建立的三维有限元模型能够以较高的精度对切削力、切削温度和加工残余应力进行预测;进一步通过数值模拟研究了刀具几何参数以及超声表征参数对加工残余应力的影响规律,为实现钛合金的压应力制造奠定了基础。     

不同冷却方式对钛合金切削过程的影响研究

为了揭示不同冷却方式对钛合金切削过程的影响规律,以硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V为研究对象,采用Johnson-Cook材料本构模型,运用金属切削仿真软件Advant Edge进行了高压冷却、浸入式冷却以及局部喷射冷却的切削仿真分析。仿真结果表明:三种冷却方式中,刀具高温区主要分布在切削刃附近区域;浸入式冷却中切削刃温度和应力最低、切削力最小;浸入式冷却切削性能最好,其次为高压冷却,局部喷射冷却最差。研究结果可为钛合金切削加工时选择有效的冷却方式提供理论指导。     

加工Ti-6Al-4V硬质合金立铣刀的几何参数优化仿真研究

Ti-6Al-4V属于难加工材料,具有热导率低、加工硬化现象严重和弹性模量低等特点,而硬质合金刀具对该材料具有较好的加工性能。刀具的几何参数对刀具上的应力、切削力、切削温度和加工表面质量有重要影响,故可以通过优化刀具几何参数来获得刀具的最优切削性能。建立三维铣削有限元模型,经过切削仿真试验分析硬质合金平头立铣刀的螺旋角、径向前角及径向后角对切削过程中的最大正应力、切削力及切削温度的影响,实现刀具几何参数的优化设计。     

椭圆振动切削的表面残余应力有限元模拟研究

基于ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)网格划分方法建立了椭圆振动切削有限元仿真模型,模拟了椭圆振动切削过程中切削力的变化规律,并将模拟获得的切削力平均值与相同工艺参数下Kim等人[1]所做的超声椭圆振动切削V型槽实验获得的切削力平均值比较,验证了有限元模型的正确性。利用建立的二维有限元模型模拟了椭圆振动切削和普通切削表面残余应力的分布情况,对比结果表明,采用椭圆振动切削的工件已加工表面在一定深度内形成了分布均匀的表面残余压应力,而普通切削情况下工件已加工表面并没有形成有效的残余压应力,从而预测了椭圆振动切削不仅能够降低切削力、延长刀具使用寿命,还对提高工件表面完整性、增强疲劳寿命和抗腐蚀能力等具有显著的作用。     

数控车削刀具圆弧半径对切削过程影响的数值分析

数控车削加工中刀具的圆弧半径对切削力,切屑的断屑,切屑的形状,加工表面质量、加工变形以及已切削表面的残余应力的大小,状态,分布有着很大的影响.本文采用有限元分析方法,利用有限元增量理论,建立了二维金属切削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,模拟了典型零件车削二维切削过程中切屑的形成,得到了加工后已加工表面的残余应力的大小,状态以及分布状况,对于工程中的实际应用具有重要的意义.     

切削用量对钛合金已加工表面残余应力的影响

为了得到切削用量对钛合金加工表面残余应力的影响,本文根据金属切削有限元分析相关理论,建立了三维斜角切削有限元模型,对钛合金Ti6Al4V的铣削加工进行了模拟分析,得到了切削速度和切削深度对工件加工表面残余应力的影响。由模拟结果得出:残余应力随切削速度的增大而逐渐增加,切削速度对加工表面残余应力的影响较大,同时随着切削速度的改变,表面残余应力层的厚度有上升趋势;残余应力在已加工表面外表面表现为拉应力,沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力;切削深度对残余应力及残余应力层的影响都较小。     

TC4表面精整车削三维仿真与验证

为了分析无心车床精整车削钛合金线材过程中切削速度、进给速度、切削深度对切屑形貌、切削力和残余应力的影响,使用仿真模拟软件ABAQUS建立基于无心车床的三维有限元精整车削模型,并且通过试验设计与仿真结果进行对比分析。车削钛合金的过程中,高转速会形成较短的C形屑,有利于切屑的分离与断裂。由于主轴转速的增加,工件与刀具之间摩擦力降低,切削力随着主轴转速的增加而减小。由于进给速度增加,每转进给量随之增加,工件去除量增加,随着进给速度的增加切削力也随之增加。由于切削深度增加,切削去除量不断增加,因此切削力随切削深度的增大而增大。车削钛合金的过程中需要提高转速来降低切削力,有利于切削过程。同时进给速度较小时,易于生成C形屑,有利于车削过程。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用JobnSOn—Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热一机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。结果表明：已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。     

钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真

采用Johnson- Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热-机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律.结果表明:已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力.表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小.各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小.     

AM60镁合金超精密车削残余应力的有限元分析

为改善AM60镁合金精密零件加工工艺方法,对镁合金精密零件的超精密加工进行微米级仿真研究。采用解析和有限元仿真法,利用Advant Edge软件进行车削加工模拟,得到刀具参数和切削参数对已加工表面残余应力的影响规律,并建立加工材料残余应力经验模型。结果表明:切削力对残余应力的产生起主导作用,随着切削参数的改变,切削温度变化不明显,对残余应力的影响较小。仿真结果满足制造精度要求,为提高镁合金精密工件的质量和性能打下了理论基础。     

硬质合金刀具车削钛合金时切削力分形特征研究

分别采用硬质合金涂层和非涂层刀具对钛合金Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si(TC11)进行了干车削试验,通过试验中所测实验数据计算了切削力的关联维数,对切削过程中切削力的分形特征进行了研究。结果表明:切削钛合金时,切削力分维数随着刀具磨损状态的改变呈现高—低—高的变化规律;表面粗糙度和切削力分维数随切削时间的延续具有相同的变化趋势。     

不同参数对汽车Ti-6Al-4V气门座圈切削刀具磨损的影响

以汽车Ti-6Al-4V气门座圈为研究对象,研究了PCD金刚石刀具在切削加工中的切削力、进给力、刀具寿命及表面粗糙度随着切削速度和冷却压力的变化规律。试验表明:常规冷却下的刀具切削力随着切削速度的增加而增加,在切削速度207m/min、冷却压力20MPa时取得最小切削力;进给力随着冷却压力的增加先增加后减小,且在切削速度为262m/min时进给力最小;刀具寿命随着切削速度的增加而减小,常规冷却下刀具寿命最短,在切削速度150m/min、冷却压力为20MPa时,刀具寿命最大;表面粗糙度随着切削速度和冷却压力的增加先减小后增大,在冷却压力为10MPa和200m/min时,粗糙度最小。     

自制硬质合金刀具加工钛合金时的铣削性能研究

利用有限元仿真手段,以切削力和切削温度作为评价标准,完成了钛合金加工用硬质合金四刃平头立铣刀几何参数的设计与优选,并基于优化后的参数自行制备得到了硬质合金刀具实体。通过开展自制立铣刀在Ti-6Al-4V材料表面的槽型铣削实验,系统研究了切削用量对加工表面质量,尤其是槽型边沿毛刺的影响趋势。根据自制与商用四刃平头立铣刀在相同切削条件下的加工效果及刀具磨损情况对比,证实了自制刀具在减小毛刺尺寸、降低加工表面粗糙度以及提高刀具使用寿命等方面的性能优于商用刀具。     

预应力切削钛合金的有限元分析

为揭示预应力切削对钛合金Ti6Al4V加工表面残余应力的调整机理,探讨切削时锯齿形切屑的形成过程,基于预应力切削原理建立了钛合金的预应力切削有限元模型,模拟了0、280 MPa和560 MPa这3种预应力下的锯齿形切屑形成过程以及已加工表面的残余应力分布。结果表明:采用预应力切削方法可以调整钛合金已加工表面的残余应力状态;预应力对锯齿形切屑的形成过程和切屑特征无明显影响;在材料弹性极限内施加越大的预应力,表面层残余压应力效果越显著,次表层最大残余压应力值越高,残余压应力层分布也越深。     

无涂层硬质合金刀具车削钛合金Ti-6Al-4V实验研究

钛合金是航空航天工业中应用广泛的一种难加工材料。本文研究了无涂层硬质合金刀具干切削钛合金Ti-6Al-4V时切削力、表面粗糙度的变化规律，得到了切削深度、进给量、切削速度对切削力和表面粗糙度的影响规律。对切削力实验结果进行了回归分析得到了切削力的指数公式，并运用校正R^2拟合判定系数、累积概率图和残差图对回归模型进行了检验，检验结果表明：切削力的3个回归方程较好的拟合了实验所测的数据，钛合金切削过程中切削力近似满足指数关系。