金属切削过程的有限元法仿真研究

根据材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型.采用有限元仿真技术,利用有限元软件ABAQUS对中碳合金钢40CrNiMo切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真,分析切削加工区域的应力、应变的分布.该方法比一般的实验法更省时省力,在研究金属切削理论、材料切削性能及开发刀具产品方面有着工程应用价值.     

基于ABAQUS的钛合金切削有限元分析

基于弹塑性的有限元理论建立了钛合金的二维切削模型,运用通用有限元软件ABAQUS对钛合金的切削加工过程进行了非线性的热．弹塑性仿真分析。研究了切削中涉及到的有限元网格模型、材料本构关系、刀-屑间摩擦和材料失效准则等关键技术,得出了切削中的材料表面应力应变和温度分布,为钛合金的切削工艺优化提供了一种方法。     

基于ABAQUS的二维直角切削加工有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件对二维切削加工过程中非线性、弹塑性进行了有限元分析,结合ABAQUS中材料失效准则、剪切失效、单元删除等实现了切削过程中切屑的分离,同时得出了切削过程中应力、应变、切削力的变化趋势,符合一般切削理论。     

涂层刀具切削温度研究现状

分析了切削热的产生和切削热在加工过程中的影响,总结了研究涂层刀具切削温度的模型和方法,对涂层刀具切削温度研究的各种理论和实验进行了综述。有限元分析结果表明目前对于三层涂层及三层以上涂层刀具的理论分析与实验值比较吻合。指出涂层结构、涂层材料以及工件材料等都对切削温度有影响。     

发动机箱体关键工序切削仿真及参数优化

材料不同的特性会导致加工过程中2个零件的切削力、切削温度以及切削变形不同,从而影响同轴度,因此,选择合理的切削参数是关键。针对某型号发动机,为了优化其切削参数,结合镗瓦孔工序加工要求和工艺特点,建立了镗瓦孔工序的切削力模型和切削温度的经验公式。以弹塑性有限元理论为基础,建立了基于镗瓦孔工序中2种材料的三维镗削模型,应用Deform-3D有限元软件,完成了2种材料镗削过程的切削仿真,获得了材料的应力应变分布、切削力切削变形曲线和工件温度场分布及变化曲线,通过对比分析,得到了合理的切削参数。提出了镗瓦孔工序中切削参数的优化方案,仿真结果证明了该方案的正确性。     

航空材料切削加工切屑的形成及其数值的模拟

应用有限元模拟软件,建立航空铝合金2024的坯料模型和切削刀具模型,通过构建材料的Jonson-Cook本构模型、材料失效模型、切屑分离准则和热力耦合模型,对2024铝合金材料的切削加工过程进行了仿真模拟,得到了切屑形成过程中的材料内部的应力、应变、切削热的分布变化情况及切削力的变化曲线图。仿真结果表明,模拟结果和实际切削理论具有较好的一致性。     

基于Deform 3D的金属车削过程仿真

基于材料变形的弹塑性理论、热力耦合理论以及Usui磨损模型,采用有限元仿真技术,利用三维仿真软件Deform对车削过程进行仿真,得出了在不同切削用量下切削力的变化规律、切削过程中刀具中切削应力的分布情况以及刀具表面切削热的分布情况。仿真结果为生产实践中切削用量的优化选择提供理论依据。     

锯齿形切屑断裂准则的有限元仿真研究

为了探索材料断裂准则模型对钛合金有限元切削仿真的影响,运用DEFORM-2D切削模块模拟TC4锯齿形切屑的形成过程。分别选取四组不同的断裂准则参数导入断裂准则模型后进行有限元仿真,并将切屑仿真结果与实验中同等切削条件下获得的金相切屑标本的SEM微观几何形貌进行量化比较,分析结果表明当断裂准则参数取时仿真结果与实验结果相对误差最小,从而获得适合锯齿形切屑切削仿真的断裂准则理论参数,为难加工材料的切削仿真提供了理论参考。     

基于Deform3D的30CrNiM08干硬车削温度仿真模拟研究

基于材料变形的弹塑性理论、热力耦合理论以及Usui磨损模型,采用有限元分析软件DEFORM-3D建立了Johnson&Cook材料本构模型.构建了反映金属车削过程高温、大应变及高应变率状态的切削模型,模拟了不同切削速度和不同切削进给量条件下30CrNiM08的加工过程,对车削加工区温度场、热流以及温度变化的仿真结果进行了分析,验证了有限元模型的合理性,为实现对工艺参数的优化选择奠定了理论基础.     

45钢切削加工温度变化数值模拟分析

基于金属材料塑性变形理论,采用有限元软件建立材料的切削过程模型,对二维正交金属切削过程中温度场和应力变形进行数值模拟仿真,得到正交切削过程中切削温度变化,同时切削力变化曲线说明仿真结果确实很好的反映了加工的变化情况。     

基于修正滑移线场模型的倒棱刀具切削力预测

基于材料塑性滑移理论与刀具刃前材料流动状态分析,提出了一种考虑倒棱刀具负前角切削过程下的材料滞流区（死区）和预剪区的修正滑移线场模型,并给出了材料流动剪切应力和刃前切削几何参数的迭代求解方法,揭示了倒棱刃口几何形状与滑移线场几何参数之间的变化规律。将此模型应用于倒棱刀具切削过程,得到了适用于倒棱刀具正交切削力的预测方法。采用有限元仿真和切削试验相结合的方法对所提出的滑移线场模型和切削力预测方法分别进行了验证,模型预测结果与仿真结果和试验测量结果对比误差均在10%以内。研究结果为研究倒棱几何形状对工件材料流动特性和刀具切削性能的影响提供了参考。     

基于ABAQUS的二维金属切削有限元分析

运用大型通用有限元分析软件ABAQUS对金属切削加工过程进行非线性弹塑性有限元分析,讨论了切削模拟过程中切削力、应力场、应变的变化情况,验证了通过剪切失效和单元删除模型实现切屑分离符合切削理论。     

Analytical prediction of cutting forces in orthogonal cutting using unequal division shear-zone model

This paper presents an analytical method based on the unequal division shear-zone model to study the machining predictive theory. The proposed model only requires workpiece material properties and cutting conditions to predict the cutting forces during the orthogonal cutting process. In the shear zone, the material constitutive relationship is described by Johnson?CCook model, and the material characteristics such as strain rate sensitivity, strain hardening, and thermal softening are considered. The chip formation is supposed to occur mainly by shearing within the primary shear zone. The governing equations of chip flow through the primary shear zone are established by introducing a piecewise power law distribution assumption of the shear strain rate. The cutting forces are calculated for different machining conditions and flow stress data. Prediction results were compared with the orthogonal cutting test data from the available literature and found in reasonable agreement. In addition, an analysis of the deviation from experimental data for the proposed model is performed, the effects of cutting parameters and tool geometry were investigated.     

Prediction model and simulation of cutting force in turning hard-brittle materials

The removal mechanism of hard-brittle material was studied in this paper. The shear strain and specific shear work of brittle material cutting were analyzed. The cutting force model of hard-brittle material was developed based on the fracture mechanics. Johnson-Cook model was modified and applied to finite element simulation of hard-brittle material cutting. The cutting force of machinable ceramics was predicted by BP neural network. The turning experiments of machinable ceramics were carried out. The influence of processing parameters on cutting force was investigated. The results show that the modified constitutive model well reflects the fracture removal process of brittle material. The simulation results are in well agreement with experimental data and theoretical data. The effects of cutting depth and feed speed on cutting force are larger than those of cutting speed and tool cutting edge angle.     

基于BCJ本构模型的高速切削过程数值模拟

在高速切削过程数值模拟中,材料本构模型影响着数值计算精度。基于有限元软件Abaqus平台,引入基于位错动力学的BCJ本构模型,实现铝合金高速切削过程更为精确计算。研究了BCJ本构模型嵌入Abaqus的关键技术及其高速切削过程有限元模型建立方法,完成了铝合金6061-T6直角高速切削过程模拟,对比分析了基于BCJ本构模型和JC本构模型的差异。结果表明,数值计算结果与文献数据具有良好的一致性,BCJ模型能够更全面准确地描述高速切削过程中材料的动态性能,进而说明文中基于BCJ本构模型的高速切削数值计算是可靠的。     

基于MATLAB和Lingo的AHP角钢优化下料方法研究

使用MATLAB软件,利用Lingo语言的非线性规划优点,通过Java编写的GUI来解决铁塔角钢下料的多参数优化问题,最后利用层次分析法来评价模型的多次优化结果,提供给生产决策者角钢的最优切割方法以配合生产加工以提高原料利用率。通过接收原料长度、需求长度与数量、切缝宽度四个模型基本参数,该方法计算出切割模式、种类、根数三个约束条件的上下界,自动生成格式化的可查看与编辑的Lingo程序并计算出最优决策结果。方法的多次运算结果表明,其可适用于同类型情况下全局最优下料结果的计算。     

车削中三维复杂断屑槽刀具断屑仿真研究

为有效缩短现有断屑槽刀具的设计周期、降低设计成本,采用有限元方法模拟了切削过程中切屑折断过程。利用Solid Works软件建立了三种刀具的三维模型,并在Deform 3D软件中对车削45钢工件过程进行了三维切削仿真。其中,工件材料采用了Johnson-Cook模型和Cockroft-Latham韧性断裂准则,仿真模型采用了有效参数设置以保证数值计算精度与效率。通过仿真研究了不同切削参数下的切屑形态、断屑过程及主切削力等。研究结果表明,仿真结果与试验结果吻合良好,该仿真模型及方法能有效应用于断屑槽刀具断屑性能研究,是三维复杂断屑槽刀具设计和切削参数优化的一种新方法。     

Modeling of thermomechanical processes during ultrasonic cutting by the finite element method

Results of modeling of ultrasonic cutting of metals using the finite element method are presented. The constructed finite element model takes into account both elastoplastic properties of the treated material and thermodynamic characteristics of the product, tool, and environment, which allow one to describe thermomechanical processes taking place in the cutting region. The obtained results are compared with the results of analytical and model solutions and experimental data.     

Optimum surface roughness in end milling Inconel 718 by coupling neural network model and genetic algorithm

In this study, optimum cutting parameters of Inconel 718 are determined to enable minimum surface roughness under the constraints of roughness and material removal rate. In doing this, advantages of statistical experimental design technique, experimental measurements, artificial neural network and genetic optimization method are exploited in an integrated manner. Cutting experiments are designed based on statistical three-level full factorial experimental design technique. A predictive model for surface roughness is created using a feed forward artificial neural network exploiting experimental data. Neural network model and analytical definition of material removal rate are employed in the construction of optimization problem. The optimization problem was solved by an effective genetic algorithm for variety of constraint limits. Additional experiments have been conducted to compare optimum values and their corresponding roughness and material removal rate values predicted from the genetic algorithm. Generally a good correlation is observed between the predicted optimum and the experimental measurements. The neural network model coupled with genetic algorithm can be effectively utilized to find the best or optimum cutting parameter values for a specific cutting condition in end milling Inconel 718.     

基于数值仿真技术的单颗磨粒切削机理

磨削过程是磨具表面大量形状各异的磨粒参与的多刃切削过程。单颗磨粒切削研究是认识复杂磨削作用的重要手段,但是单颗磨粒切削试验的实施和物理量的测量存在一定的难度。针对这一问题,分别建立单颗磨粒切削的物理力学模型和数值仿真模型,利用不同载荷下的划痕试验验证这两个模型的准确性。利用数值仿真技术研究不同工艺参数下的单颗磨粒切削过程,仿真单颗磨粒的耕犁和切削过程,得到不同切削速度下耕犁向切削行为转变的临界切削深度;当切削深度增加到某一个切削深度时,仿真得到的径向和切向切削力均有突然增大的趋势,同时发现低速时切削力增大的程度明显高于较高速度时切削力的增大程度;仿真得到的最高切削温度随切削深度的增加,呈现先增大后减小再增大的特点,且第一个最高切削温度峰值出现在临界切削深度附近,但是随着切削速度的降低,这个现象明显减弱,当切削速度小于600 m/min时,这个现象基本不存在;仿真得到的材料去除率随着切削深度的增加而显著增大,而且切削速度越大,材料去除率越大。