铝合金三维铣削加工的有限元模拟与分析

针对铝合金材料7050T7451的铣削加工，将刀具视为刚体，前刀面和切屑间的摩擦定义为材料流应
力的函数，采用商业有限元软件DEFORM3D，建立了能够反应实际铣削状态的三维铣削模型.利用该模型模
拟了切屑的形成过程，获得了与实际切屑相似的屑形.通过分析铣削过程中的三维铣削力的变化，揭示了
刀 屑的接触长度.对应力、应变和切削温度分布的分析表明，应力主要集中在第一剪切区，而应变和温
度的最大值在刀 屑接触面上.     

高速硬加工中切屑成形的有限元模拟

为了研究AISI4340钢高速加工中切屑形成机理，建立了高速加工的有限元模型.该模型采用Johnson-Cook（JC）模型作为工件材料模型，采用JC破裂模型作为工件材料失效准则，刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和黏结摩擦区的修正库仑定律，并采用任意拉格朗日-欧拉方法实现切屑和工件的自动分离.利用建立的有限元模型模拟了四种切削条件下的材料加工，分析了切屑形成过程，模拟得到了不同切削条件下的切削力，并对其进行了比较.研究结果表明，在高速加工条件下形成了不连续状切屑，不连续状切屑形成机理与基于自由表面破裂的锯齿状切屑形成机理不同.     

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．     

航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟

研究了铣削加工模拟所涉及的切削层的等效简化、工件材料的流动应力模型、刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术，并针对铣削加工的特点，建立了铣削加工模拟的有限元模型，基于此模型对高速铣削加工航空铝合金7050 T7451的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值，其值与数值模拟结果比较吻合，证明了所建有限元模型的正确性，从而也表明了采用此模型进行的应力和温度的模拟结果是可信的.铣削加工有限元模拟研究为铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

铝合金 Al7075-T651螺纹铣削力仿真分析与实验研究

以航空铝合金Al7075-T651材料为加工对象,对螺纹铣削力进行研究。首先在三维CAD软件Pro／E中建立了某ISO标准牙型可转位螺纹铣刀的三维模型;并利用金属切削有限元软件AdvantEdge模拟其铣削加工过程,对铣削力的变化进行预测;然后利用三维测力仪,对样刀在相同切削条件下铣削加工铝合金Al7075-T651的切削力进行实时监测;最后通过对比分析两者铣削力的误差,验证了螺纹铣削数值仿真的准确性,为螺纹铣削进一步研究及刀具优化提供参考依据。     

框类整体结构件铣削加工顺序的有限元模型

为了控制尺寸大、形状复杂的航空框类整体在铣削加工时产生的变形,建立了铣削加工时的变形场和温度场的有限元模型.在深入研究残余应力施加、动态切削载荷、约束转换等铣削加工模拟关键技术的基础上,采用热力耦合模式进行了求解.利用该模型对整体框类结构件进行了奇偶铣削、偶奇铣削和顺序铣削三种加工顺序的有限元模拟.结果表明,三种模拟结果中奇偶铣削加工得到的结构件的变形最小.该模型对三种加工顺序的模拟结果与试验结果一致,可用于预测整体结构件的加工变形.     

基于回归法的钛合金(Ti-6Al-4V)插铣铣削力建模分析

针对钛合金(Ti-6Al-4V)的切削特点,研究了具有高速、高效特点的Ti-6Al-4V的插铣过程,分析了切削力的特点,构建了切削力分析试验平台,对铣削力的变化规律进行了研究,采用Taguchi正交试验法,运用多元线性回归法进行数值拟合,建立Ti-6Al-4V插铣过程铣削力模型．经试验验证,该模型是有效的,铣削力误差在10%以内,为研究钛合金插铣过程提供了依据．     

基于物理学的铣削过程仿真关键技术

为了预测零件加工变形，基于铣削加工有限元理论，构建了基于物理学的铣削加工过程仿真环境，研究了刀位轨迹离散、材料去除、网格自适应生成及动态网格数据维护等关键技术的处理.针对刀具的每次进给运动，系统自动检测刀具和工件毛坯网格相交的区域，通过网格自适应求精、粗化和删除以及有限元分析计算，模拟真实的铣削加工过程.该仿真环境可综合考虑加工参数、刀具路径等因素对零件加工变形的影响，优化加工工艺，保证加工精度.     

碳纤维复合材料周铣加工过程的数值模拟研究

为了对碳纤维铣削过程进行研究,建立了碳纤维复合材料三维周铣加工的有限元计算模型,并研究了切削层简化及材料去除等建模关键技术。通过将周铣力施加到碳纤维复合材料的有限元计算模型,研究了铣削力对碳纤维复合材料的周铣加工过程。通过数值模拟获得了碳纤维复合材料铣削过程中的应力分布情况,数值模拟为碳纤维复合材料切削参数及刀具参数优化研究提供了参考。     

超声振动辅助微细铣削工件动态位移分析

为了探索改善微细铣削加工条件、提高微细铣削加工精度的新途径,研究了利用超声振动辅助微细铣削对工件动态变化的影响.计算分析了普通铣削和超声振动辅助铣削加工时主切削力波形特点,建立了刀具/工件振动系统模型,理论计算了施加超声振动前后工件的动态位移,并以2A12为实验材料进行了铣槽实验验证.理论分析和实验结果表明,进给方向超声振动辅助微细铣削可以获得近似脉冲状的切削力,获得均匀细小的切屑,同时减小工件在切削加工中的动态变化,有助于提高加工尺寸精度.     

HVOF喷涂参数对WC-Co涂层力学性能的影响

目的研究HVO下在不锈钢上热喷涂WC-Co合金涂层喷涂参数如速度和靶距对涂层力学性能的影响,揭示其对表面残余应力,表面硬度的影响机理,优选最佳工艺参数.方法使用HVOF在不锈钢表面喷涂WC-Co合金形成耐磨涂层,通过使用显维硬度测量和钻孔方法来测量不同加工参数下的涂层硬度和残余应力分布.结果涂层和基体上存在3个区域,在这3个区域内硬度和残余应力完全不同的,但它们的变化趋势是一致的.涂层最大硬度并不是在表面,而是距离表面为40μm.结论通过比较不同参数下的涂层力学性能,可以确定最佳加工参数,通过试验发现喷枪速度小,靶矩小,涂层内部残余应力加大,同时显微硬度也有所提高.     

刀具几何角度对高速铣削性能影响的仿真分析

切削力和切削温度是影响刀具耐用度及被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等影响很大。因此,合理地选择刀具几何角度对提高刀具使用寿命和生产效率、降低生产成本具有重要意义。以铝合金7075-T651高速铣削为研究对象,借助金属切削工艺软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,并结合单因素法,分析了不同刀具角度的选择对切削力和切削温度的影响。该结果为高速铣削刀具几何角度的选择提供参考。     

Finite element simulation of chip formation in peripheral milling mild carbon steel

The metal cutting process is actually a process ofchip formation,in which almost all of the cutting ener-gy is consumed for chip formation.The process of chipformation has attracted great attention for a long time.This is due to the fact that most of the information usedfor evaluation of the cutting process,such as controlimprovement of chip handling,tool wear,dimensionalaccuracy,and surface integrity,are closely related toit.During the milling process,the chip thickness va-ries along the cutt…     

基于BP神经网络的立铣加工振动快速预估

结合研制的立铣加工过程虚拟仿真系统和实验测量铣削力信号,训练并建立优化的1-20-1型BP神经网络模型,快速实现铣削加工过程刀具-工件系统振动状态的预估.对比神经网络模型预估的振动结果与实验测量振动信号可以看出,二者数据吻合较好,表明铣削虚拟仿真系统与神经网络技术的结合能够高效低耗地用于不同铣削加工条件下铣削振动状态的快速预估和加工过程监测.     

同心双涡旋非接触真空吸盘防旋研究

为解决传统单涡旋吸盘由于内部旋转流场的作用引起被吸工件旋转从而导致非接触吸取失效的问题,提出一种同心双涡旋非接触真空吸盘技术方案,其内、外两个涡旋气腔结构同心但气流旋向相反。内涡旋产生真空提供吸力,外涡旋用于平衡内涡旋对工件产生的摩擦转矩。研究该型吸盘工作参数对被吸工件的摩擦转矩及吸力的作用规律,仿真结果表明：同样的供气压力下,外涡旋气流对被吸工件产生的摩擦转矩略大于内涡旋气流,表明可通过适当减小外涡旋腔的供气压力以达到防旋效果;同等供气流量下,双涡旋吸盘的吸力略小于单涡旋吸盘。分析了双涡旋吸盘关键结构参数对吸力的影响规律并进行了正交实验,得到最优结构参数组。加工制作双涡旋吸盘样机并进行了试验研究,结果表明：同等试验条件下,同心双涡旋非接触真空吸盘的吸力与传统的单涡旋吸盘的吸力基本相当,被吸工件所受的摩擦转矩可减小90%左右,很好地抑制了被吸工件的旋转,提高了真空吸取搬运的稳定性和可靠性。     

数控铣削参数优化方法的研究

为了优化数控铣削参数,以切削比能低、表面质量优为优化目标,对45号钢进行了单工步干式铣削沟槽正交实验.采用多目标遗传算法求解出了不同铣削参数的优化解,并通过对比经验参数与优化参数的实验结果得出了最优铣削参数组合.在最优铣削参数组合下对工件进行加工(粗/半精加工)时,其加工切削比能和工件表面粗糙度比优化前分别降低了46.2%和41.6%,因此本文优化方法可为提高数控铣削加工质量和降低能耗提供参考.     

球头刀高速铣削模具钢热力分布3D模拟

为了获得球头刀高速铣削模具钢在切削过程中的热力分布状态,为已加工表面的热力形成机制研究提供基础数据,利用基于拉格朗日算法的有限元工艺仿真系统DEFORM,对汽车覆盖件模具钢Cr12Mo V的高速铣削过程进行了3D有限元建模仿真.模型模拟了球头刀在倾角为15°时的切屑形成过程,预测的进给方向、跨距方向以及轴向方向的切削力与实验数据相符,在剪切面处模拟所得切削平均温度偏差在10%以内.模具表面切削区轮廓形状与高速铣削产生切屑形貌基本吻合,证明建立的3D模型能够较好地反应切削过程中的热力分布情况.     

铣削力数学模型的建立及高速铣削力的理论分析

针对高速铣削时常用到的立铣刀建立了铣削力的数学模型，从金属切削理论角度出发，分析了高速铣削过程中影响铣削力的各因素，对铣削力及其X、Y、Z三方向分力进行理论计算，通过理论铣削力公式预测在高速切削时，切削力随切削速度的变化规律。     

波形刃刀片表面受力密度及应力状态分布规律

为进行三维复杂槽型铣刀片切削性能及槽型优选,针对哈尔滨理工大学开发的波形刃(前刀面为波形曲面)铣刀片,进行表面受力密度分布规律及应力状态的研究.在已建立的铣削力数学模型的基础上,通过铣削力试验以及刀-屑接触面积的试验,建立波形刃铣刀片前刀面受力密度函数;对表面受力密度函数进行定量分析计算并进行三维图形表示,分析其分布规律;应用弹性力学方法对波形刃铣刀片进行应力状态分析,理论分析结果与铣刀片应力场分析结果吻合较好.该研究成果为解决自动化生产中刀具破损这一关键技术问题及槽型优化技术的研究奠定了理论基础.     

五轴侧铣加工瞬时未变形切屑厚度计算模型

在五轴侧铣加工铣削力建模中,瞬时未变形切屑厚度的计算是铣削力预测的关键环节,直接影响着铣削力预测的精度与效率。为了提高铣削力的预测精度与效率,本文基于五轴机床空间运动分析,并考虑刀具径向跳动因素,提出了一种五轴侧铣加工瞬时未变形切屑厚度模型。首先,分析了五轴侧铣加工中铣削刃随刀具旋转、摆动与平移的复合运动规律,得到在不同刀位点处各切削刃的坐标位置;其次,考虑刀具径向跳动因素,提出了一种瞬时未变形切屑厚度的快速计算方法;最后,结合参数化厚度补偿的思想,对求解出的瞬时未变形切屑厚度进行修正,建立了一种等效厚度模型。将本文提出的等效厚度模型与现有的圆弧模型和线性迭代精确模型应用于算例中进行仿真,结果表明：等效厚度模型相更加接近迭代精确值,平均误差率仅为1.37%,相比圆弧模型的平均误差率降低了8.35%,一定程度上提高了瞬时未变形切屑厚度的预测精度;在保证了预测精度的前提下,该模型相比线性迭代模型将瞬时未变形切屑厚度的预测效率提高了10倍以上,在五轴侧铣加工铣削力预测中具有良好的应用前景。