基于等效平面的斜角切削仿真分析

单刃螺旋立铣可视为斜角切削,基于等效平面法分析切削过程更符合斜角切削特性。对斜角切削的二维正交建模方式进行优化,提出了基于等效平面的二维建模方法,在等效平面上将三维斜角切削转化为二维正交切削:推导出等效平面内刀具等效参数,建立基于等效平面的二维正交模型。将其仿真结果与基于主剖面的二维模型的仿真结果进行对比,并结合以往文献中基于主剖面的二维模型的仿真值与试验值进行对比分析,通过研究表明,基于等效平面的二维建模方法可适当提高斜角切削的二维仿真结果的精度,因此,等效平面法可为斜角切削二维建模的优化提供参考。     

ADC12铝合金高速切削参数优化分析

针对某发电机的ADC12铝合金加工件在高速切削时存在的加工问题,采用有限元仿真技术,以优化切削加工参数为主线,把高速切削过程简化为二维正交切削模型,选用Johnson-Cook塑性材料本构模型,对二维有限元切削仿真分析过程中存在的若干个关键问题进行讨论。结合实际加工的经验数据,通过组合不同的切削深度、切削速度和进给量等切削参数进行仿真比较,得到仿真结果并通过实际加工验证,确定最佳切削加工工艺方案,为铝合金高速切削加工的稳定性预测和改进加工工艺提供了理论依据。     

高速切削温度的二维热传导模型建立及求解

在高速加工过程中,切削热的产生将影响工件加工表面的质量和刀具寿命,分析切削温度的分布对研究切削机理及工艺参数的优化有着重要意义。基于传热学和金属切削理论建立了高速车削温度的热传导模型,结合切削过程中的边界条件和初始条件,应用数学解析法推导出二维热传导方程的解,利用求解导热逆问题的方法估算边界条件。实验中采用人工热电偶测量切削温度,根据测得的刀具内部点的温度值计算出表面热流,进而通过MATLAB软件仿真得到切削温度场,并利用红外热像仪的测量结果进行试验验证。     

用于ANSYS切削温度场仿真的刀具传热边界分析

由于不能采用Third Wave Advant Edge切削软件对42Cr Mo高强度材料进行三维湿切削仿真,选择采用ANSYS进行切削温度场仿真分析。为此,本文采用Advant Edge对42Cr Mo进行二维干切削仿真分析切削力和切削温度。根据M.C.Shaw切削理论,计算前刀面热流密度,并分析其它传热边界。以此为条件采用ANSYS对切削温度场进行仿真分析。它与采用Advant Edge对42Cr Mo进行三维干切削仿真温度场相吻合,因此对刀具的传热边界分析具有可信性。     

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。     

复杂零件切削过程物理仿真的实现方法

提出一种可对复杂零件在切削加工过程中的物理特征进行仿真的有效方法。该方法将复杂的切削过程抽象为二维切削模型,利用专用切削仿真软件进行建模计算,以获得切削力、切削温度数据,利用通用有限元软件对零件和刀具三维实体在切削力、切削热作用下的状态进行仿真,从而实现了复杂零件切削过程的物理仿真。以磁盘驱动架零件为例,介绍了仿真的实现流程。仿真结果对加工工艺优化具有重要的指导意义。     

高速切削加工的三维数值模拟

运用有限元方法,借助计算机软件建立高速切削的三维有限元模型。模拟高速切削过程,对切削机理进行了研究分析,更真实的模拟了切削状态的变化过程,得到了切削力、切削温度的变化规律。仿真分析的结果对高速切削的切削参数和刀具的优化选择有重要的参考意义。     

车削过程的三维数值分析

利用三维有限元方法,按照实际加工条件建立了切削模拟模型,得到了温度分布、切削力变化和应力场分布等结果。结果表明相对于二维模拟,三维模拟更加真实地揭示了刀具和工件的切削状态,同时也为研究金属切削理论和开发新的刀具提供了一个更加有效的方法。     

三维有限元分析在高速铣削温度研究中应用

高速切削过程中切削温度对刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度有极大的影响。应用有限元法对高速铣削铝合金薄壁件过程中工件与刀具接触面温度、工件内部的温度分布进行了仿真研究,仿真过程中考虑了切削速度、进给量对切削温度的影响。通过红外热像仪对不同主轴转速下工件表面温度的测量,验证了仿真结果与试验结果比较接近。得出在高速切削铝合金过程中,随着切削速度的增加,刀具与工件接触区的温度变化存在二次效应。该结论对铝合金薄壁件加工具有重要的实用价值。     

GH4169三维车削力与温度有限元仿真

针对航空难加工材料GH4169高温合金加工过程切削力大且加工易变形的问题,对其车削加工过程中的温度与切削力进行研究。通过对有限元仿真关键技术的讨论,应用Abaqus有限元分析软件,对GH4169材料建立了三维车削模型,对车削过程中的温度场和应力场进行分析;在同样切削条件下,分别得到了三维仿真切削力、实验切削力以及二维切削力,通过切削力的对比分析,验证了三维切削仿真模型的正确性。应用所建立的三维模型模拟出不同切削参数下的切削力,得到了不同切削参数对切削力的影响规律。     

高速切削温度场的三维有限元模拟

基于高速切削实际工艺分析,通过合理设置边界条件,建立高速切削下工件-刀具相互作用的三维数值模型,采用有限元法模拟了使用涂层刀具高速切削45钢时的温度场分布状况,并比较不同的切削速度、不同的刀-屑界面摩擦因数下刀具的温度场分布,模拟结果与试验结果具有较好的一致性.     

Progressive tool failure in high-speed dry milling of Ti-6Al-4V alloy with coated carbide tools

This paper presents a detailed analysis of tool failure progression through an experimental study of high speed milling of Ti-6Al-4V alloy with CVD (Ti(C, N)-Al₂O₃)-coated carbide tools. The progressive tool failure characteristics under a variety of different cutting conditions were investigated. Cutting forces components and transient infrared temperature during the machining processes have been measured along with corresponding progressive tool wear when milling using coated carbide inserts under dry machining conditions. Optical microscope and scanning electron microscopic analysis results clearly show the different dominant wear regions at different stages of machining with coated carbide tools. The experimental results demonstrate that the cutting forces and the cutting temperature produced during the machining process showed an increasing trend with the tool failure progression, which in turns accelerated the tool wear progression and caused the change of the tool failure mechanisms. Furthermore, the progressive tool failure mechanisms were analyzed qualitatively. The cutting speed was correlated with progressive tool failure mechanisms, and the different conditions of friction and normal stresses caused by different cutting force and cutting temperature under different cutting speeds resulted in the varieties of progressive tool failure mechanisms.     

球头铣刀高速铣削斜面的三维数值模拟研究

用球头铣刀高速铣削斜面是在三轴加工中心上加工模具时的一种走刀方式。根据球头铣刀高速铣削斜面的特点,建立了在垂直向上和向下、水平向上和向下四种走刀方式下高速铣削45°斜面,以及在垂直向下走刀方式下高速铣削30°、60°、75°斜面的三维有限元模型,以分析不同走刀方式下铣削斜面以及铣削不同角度斜面时切削力和切削温度的变化规律。模拟结果表明,在铣削45°斜面时,采用向上走刀方式较向下走刀方式的切削力幅值小、波动大,且切削温度高;采用垂直向下走刀方式铣削大角度斜面时也出现类似情况。对切削力的实测结果验证了该模型的可靠性。     

模具高速切削关键技术研究进展

通过对高速切削技术(HSM)含义的描述,详细介绍了高速切削加工技术的特点、先进性及其在模具加工行业中的应用。与传统的模具加工工艺(普通放电加工EDM)相比较,详细分析了高速切削技术应用于模具加工制造业中的优势,并重点从高速切削机床、加工刀具、加工工艺技术及策略等方面,对高速切削技术应用于模具制造中的关键技术进行了分析探讨。最后综述了模具高速加工中存在的问题并对模具高速切削加工技术在我国的前景进行了展望。     

高速切削刀具技术

作为先进制造技术,高速切削技术能大幅度地提高加工品质和加工效率,并能降低加工成本.高速切削技术是机械制造业发展的必然趋势.而高速切削刀具技术则是实现高速切削的关键技术之一,笔者主要从刀具材料、刀具结构和刀具动平衡方面来阐述和分析该技术.     

Force modelling in shallow cuts with large negative rake angle and large nose radius tools—application to hard turning

In finish turning, the applied feedrate and depth of cut are generally very small. In some particular cases, such as the finishing of hardened steels, the feedrate and depth of cut are much smaller than tool nose radius. If a tool with a large tool nose radius and large negative rake angle is used in finish turning, the ploughing effect is pronounced and needs to be carefully addressed. Unfortunately, the ploughing effect has not yet been systematically considered in force modelling in shallow cuts with large negative rake angle and large nose radius tools in 3-D oblique cutting. In this study, in order to model the forces in such shallow cuts, first the chip formation forces are predicted by transforming the 3-D cutting geometry into an equivalent 2-D cutting geometry, then the ploughing effect mechanistic model is proposed to calculate the total 2-D cutting forces. Finally, the 3-D cutting forces are estimated by a geometric transformation. The proposed approach is verified in the turning of hardened 52100 steel, in which cutting conditions are typified as shallow cuts with negative rake angle and large nose radius tools. The workpiece material property of hardened 52100 steel is represented by the Johnson-Cook equation, which is determined from machining tests. The comparison between the experimental results and the model predictions is presented.     

斜角切削过程的三维热—弹塑性有限元分析

基于大变形理论和虚功原理,建立了斜角切削加工过程的三维热一弹塑性有限元模型.分析和研究了涉及切削加工有限元模拟的关键技术.采用通用有限元求解器ABAQUS/Explicit对斜角切削过程进行了有限元模拟,分析了切削过程中切屑的形成过程及其形貌、三维切削力的变化情况,以及应力、应变、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律.通过与试验数据的比较,证明了所建立有限元模型的正确性.斜角切削过程的三维热一弹塑性有限元模拟研究为铝合金高速切削加工的工艺参数优化、刀具几何参数的合理选择提供了参考.     

高速切削钛合金Ti6Al4V切屑的形成及其数值模拟

应用Hopkinson压杆实验装置,确定了航空用钛合金Ti6Al4V高应变和高温条件下的应力-应变关系,结合Ti6Al4V合金准静态试验数据,建立了适合高速切削仿真的Johnson-Cook本构模型;通过有限元数值模拟,仿真了高速切削Ti6Al4V合金的锯齿状切屑形成过程,分析了整个锯齿状切屑形成过程的切削力、切削温度、等效塑性应变的变化,深入探讨了锯齿状切屑的形成机理;将模拟计算得到的切削力和切削温度与试验结果进行了比较,两者具有较好的一致性。
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Cutting force formulation of taper end-mills using differential geometry

In this paper, a mechanistic model to formulate the nonlinear three-dimensional (3-D) cutting forces of taper end-mills by means of differential geometry is presented. The relationship between the tool geometry and the cutting force directions is analyzed. A cutting coefficient estimation procedure is developed. The model is verified by milling carbon steel specimens. For a set of given cutting conditions, the results show close agreement between the measured cutting forces and the model predictions.