硬脆材料切削温度与材料属性仿真研究

基于ABAQUS仿真,研究了硬脆材料车削中切削温度与材料属性的关系;基于BP神经网络,对切削温度与材料属性的关系进行了预测,并进行了最小二乘拟合。结果表明,BP神经网络的预测结果与仿真值较为接近。随着密度的增大,切削温度呈下降趋势;随着比热容的增大,切削温度逐渐降低;切削温度随热导率的增大而减小。     

切削速度影响切削力的有限元模拟

运用有限元数值模拟技术对三维金属切削过程进行仿真。分析了切削速度对切削力的影响,并对仿真数据进行拟合处理,导出了不同方向上切削力与切削速度的关系式。探讨了刀具和工件不同阶段应力变化特征。模拟结果表明,刀尖处等效应力最大,切削力在低速切削时,随切削速度的增加而增大,当到达某临界速度时,将随着切削速度的增加而减小。     

切削参数对树脂聚酰胺-66材料的切削性能影响

为了研究切削参数对树脂聚酰胺-66材料切削性能的影响规律，采用单因素和响应面法进行试验设计与分析，利用切削试验平台测试了树脂聚酰胺-66材料切削过程的切削力、切削温度和粗糙度。单因素研究表明，当增加切削速度时，切削力逐渐降低，切削温度和粗糙度逐渐增加；当增加进给量和背吃刀量，切削力、切削温度和粗糙度都逐渐增加。通过响应面法分别构建切削参数与切削力、切削温度和表面粗糙度之间的二次回归模型，研究了切削速度、进给量和背吃刀量参数及其交互作用对树脂聚酰胺-66材料切削性能的影响。结果表明：二次回归模型显著，其拟合精度分别为98.89%、99.09%和96.00%，预测出切削速度为90.02 m/min、进给量为0.11 mm/r和背吃刀量为2.0 mm时，切削力最小、切削温度最低和粗糙度最小。对最优切削参数进行切削试验，与预测结果对比，得出切削力分别为32.558 N和31.762 N；切削温度分别为92.5℃和90.1℃；粗糙度分别为0.732μm和0.694μm，试验值与预测值的误差率分别为2.44%、2.59%和5.19%。     

多材料负泊松比微结构拓扑优化设计

复合材料优化设计为负泊松比结构提供更大的设计空间,可以充分挖掘材料的各种潜力.为实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计,文中基于序列插值法,对多材料密度进行归一化处理,得到了多材料插值模型,该模型能够使多材料在设计域内向不同材料点集合,可以在单一设计变量下完成多材料拓扑优化设计,无需增加额外设计变量.结合能量均匀化理论,以等效负泊松比为优化目标,进行相应的灵敏度分析,对优化模型进行求解,最终得到了具有负泊松比效应的多材料微结构.然后根据优化结果,对拓扑构型进行重构,并进行有限元分析,得到的结构具有负泊松比效应,结果表明,该方法能有效实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计.     

不同结构参数对铣刀铣削H13淬硬材料性能的影响

为了更好探究不同结构参数对铣刀铣削H13淬硬材料性能的影响,选用直径与圆弧半径均相同的三种硬质合金铣刀,设定不同的切削螺旋角、周刃前角以及周刃后角,选用立式加工中心对H13淬硬材料进行加工,收集与分析三种不同结构参数刀具的切削力、断屑性能以及磨损量,结果表明当刀具周刃前角和后角等变大时,刀具切削力会越来越小,同时周刃前角对刀具切削力的影响更大;切削螺旋角对铣削温度的影响最大,当切削螺旋角为30°时切削温度最小;当铣刀的周刃前角较大时,能够更好将切屑排除出去,并减小切削力,降低磨损量。     

异种材料微尺度铣削力试验与对比分析

在传统切削研究中,工件材料通常是均匀和各向同性的,但当切削过程从宏观尺度变化到介、微观尺度时,微铣削加工中起主要作用的因素与宏观铣削加工相比有很大不同。因此,微细铣削的研究必须考虑工件材料的影响。本文从理论上对螺旋微立铣刀受到的铣削力机理进行了分析,采用试验方法对微铣削不同工件材料时的微铣削力进行对比研究。在微铣削加工中,切削力随着微刀刃切入角度的变化而变化,其中微切削力的计算采用平均力。试验考虑主轴转速n、进给速度Vf、轴向切深ap以及不同工件材料对微切削力的影响,工件材料选择铝合金5083-O和6082-T6、钛合金Ti6Al4V、45钢、不锈钢304、工具钢SKH-9。试验结果表明:微铣削加工过程中的微切削力受铣削参数和加工材料影响,其中硬度、塑性越大的材料,切削力越大,材料的导热率越小,其微切削力越小。     

硬脆材料切削加工负切削力现象的研究

以辉长岩为例，采用聚晶金刚石刀具进行硬脆材料切削加工试验，，在时域和频域内对切削力信号进行数字信号分析处理，提出硬脆材料切削力可分成切削趋势量和切削力随机量两部分；硬脆材料的组成结构特点和切削中刀具的振动是硬脆材料切削力出现负值现象的主要原因。     

高温发汗润滑多孔材料基体强度的计算模型

基于高温发汗润滑多孔材料基体厚壁均质有序孔结构的特征,以薄壁蜂窝状结构为基础,引入表征其特征参数值入,构建了新的多孔材料强度计算模型,推导出可在较宽参数范围内计算厚壁均质孔材料相对密度和孔隙率对其基体强度影响的表达式;并以金属陶瓷为材料基体骨架,计算了不同孔隙率材料的抗压强度,计算结果与传统多孔陶瓷材料经验公式理论值的一致性表明建立的计算模型具有较宽的工程适应性.在此基础上得出材料弹性模量随孔隙率的增大而减小,且当孔隙率小于0.6时,材料弹性模量减幅较大;材料泊松比随孔隙率的增大而增大,且当孔隙率大于0.4时,泊松比的增幅明显变大.     

D840重载车轮材料的切削力试验与分析

采用重载车轮镟修参数中较大进给量与切削深度切削重载货运D840车轮材料,研究切削参数及KCP25与GC4215两种粗加工刀具对D840车轮材料切削力的影响。对试验数据进行极差分析,并分析切削力与三个因素(v_c、f、a_p)之间的关系,采用多元线性回归方法建立切削力的预测模型,通过试验验证模型的合理性。结果表明:两种刀具的三向切削力随切削速度的增大而减小,随进给量和切削深度的增大而增大,其中切削深度与进给量是影响切削力的主要因素;在相同切削条件下,GC4215刀具车削D840车轮材料的三向切削力均大于KCP25刀具;所得到的两种刀具切削力预测模型与试验结果具有较好的一致性。     

GCr15钢导电加热硬切削性能有限元仿真

为研究常见的耐磨和难加工材料GCr15钢的硬切削性能,利用Deform-3D对GCr15钢的导电加热切削过程进行有限元仿真;建立有限元模型,在切削参数一定的情况下,分析加热电流对刀具磨损深度、刀具主切削力,以及刀-屑接触区温度的影响。试验结果表明:刀具磨损深度随着加热电流的增加先逐渐增加然后逐渐减小,当加热电流达到一定值时刀具磨损深度锐减;随着加热电流的增加,刀具的主切削力逐渐减小,特别是当加热电流达到一定值时,主切削力开始明显减小,并呈现出线性下降趋势。     

超声振动铣削加工参数对切削力的影响

为了改善传统铣削钛合金的加工条件,研究了进给方向超声振动辅助铣削对切削力的影响。定值计算了不同振动频率、振幅、铣削速度时的净切削时间比,建立了对工件施加超声振动的铣削加工三维有限元模型,根据仿真结果讨论了加工参数对进给方向切削力瞬时值的影响,并结合净切削时间比分析了加工参数对三个方向切削力平均值的影响。研究表明:施加超声振动后切削力明显减小;振动频率小于40kHz和振幅小于30μm时切削力平均值同净切削时间比变化趋势一致,当频率或振幅超过上述值时,刀具、工件间的摩擦力对切削力平均值的影响显著。     

PCBN刀具断续切削淬火钢时负倒棱角度对其切削性能的影响

通过总结断续加工GCr15钢的试验数据得出不同负倒棱角度下切削力的变化趋势及刀具寿命随负倒棱角度改变时的变化曲线,进而得出在实际加工过程中最佳的负倒棱角度。试验结果表明:切削力随着负倒棱角度的增大呈先增大后减小的趋势,其中径向切削力最大;有效冲击力的径向分力及变化幅值大于其它两个方向的有效冲击力;负倒棱角度较小时,影响刀具寿命的主要原因为机械冲击;负倒棱角度较大时,切削温度与机械冲击综合作用是影响刀具寿命的主要因素。     

SiCp/Al复合材料薄壁件高速正交车铣切削力的仿真研究

把正交车铣方法应用到复合材料薄壁件的加工中,使用ABAQUS有限元仿真软件,建立了Si Cp/Al复合材料车铣薄壁件的仿真模型,通过高速正交车铣仿真实验研究了切削速度、工件转速、进给量和切削深度对切削力的影响规律。仿真实验得出切削深度对切削力影响最大,随切削深度的增加车铣切削力明显增大,因此该因素的参数选择在切削加工中应着重考虑;而其它三个因素对切削力的影响次之且影响程度相当,切削力变化趋势一致,都是随各因素参数增加而略有增大。     

GH4169高温合金切削仿真分析及工艺参数优化

以GH4169高温合金为切削仿真分析对象,采用田口法、信噪比分析、极差分析和交互作用分别得出切削深度对切削力影响最大,切削速度对切削温度影响最大,切削温度随着切削速度和进给量的增大而略有增大,切削力随着切削深度和进给量的增大而显著增大,切削力增大会使切削温度升高。运用多目标遗传优化算法,得出切削参数的帕累托最优解集,优化结果和仿真试验结果误差率小于5%。     

高速锯切单晶硅的锯切力和锯缝崩边研究

探讨在单晶硅的高速精密锯切中,锯切用量与锯切崩边幅度大小之间的关系。通过使用金刚石薄锯片对单晶硅进行高速锯切,测量和分析不同参数下的锯切力,并结合锯切力比来分析金刚石锯片对单晶硅的锯切中力与崩边相互联系的特征。结果表明:在高速锯切单晶硅过程中,锯切深度、进给速度增大都能引起锯切力与力比的增大,也造成了单晶硅崩边情况更加严重。但是转速的提高则可以使锯切力大幅降低,并有效抑制加工过程中沟槽侧面的崩边问题。锯切深度与进给速度的增加引起锯切力增大时使单晶硅材料更加倾向于脆性断裂而被去除,但是提高转速降低锯切力后可使单晶硅渐转化为塑性去除,有效提高了加工产品质量。     

单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷仿真与试验研究

为探索氮化硅陶瓷单颗磨粒切削加工的机理,进行单颗金刚石磨粒切削氮化硅陶瓷的仿真与试验。选用截角八面体模拟金刚石磨粒,基于Johnson-Holmquist ceramic硬脆材料本构模型,采用有限元网格法进行单颗磨粒直线切削仿真,分析工件材料的切屑去除、划痕形貌、应力动态变化与分布、切削力变化等现象,以及工艺参数对切削力的影响。制备单颗金刚石磨粒工具,在平面磨床上进行单颗磨粒切削氮化硅陶瓷的试验,进一步分析划痕形貌、切削力的变化,并验证有限元仿真的正确性。研究表明,划痕光直平整,塑性隆起很少,边缘存在较大尺寸的破碎,划痕内有局部小尺寸的破碎;划痕的深度和宽度比磨粒的切削深度和宽度尺寸略大。应力与切削力存在动态波动。随着砂轮速度的增加,切向力和法向力减小;随着切削深度的增加,切向力和法向力增大。切削力比在4～6之间变化。     

切削参数对34CrNiMo6高强度钢切削力影响的仿真研究

通过仿真研究高强度钢的切削力,建立高强度钢切削力的仿真模型。在AdvantEdge有限元仿真软件的基础上,运用正交试验方案分析切削用量对主切削力、进给抗力的影响规律,获得了该研究范围内切削用量的最优方案,建立了经验公式。结果表明,切削力仿真模型精度较好,切削深度对高强度钢切削力影响最大,主切削力和进给抗力均随切削速度的增大而减小,且主切削力Fc约为进给抗力Ff的两倍。     

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。     

基于实验Inconel718正交切削有限元仿真分析

为研究犁削效应和前刀面粘压对Inconel718切削过程的影响.基于正交切削实验建立Inconel718有限元切削模型,模型结果同实验值对比以验证模型可靠性.通过改变刀具圆角半径和负前角参数,提取并比较不同的切削力时域曲线和刀具温度,分析犁削效应和前刀面粘压.研究表明犁削效应提高进给力数值,刀具圆角半径由0变为5μm,Inconel718切削进给力均值提高7％：前刀面粘压提高刀具和切屑温度,有利于切屑分离.但刀具负前角为-20＆#176;,切削加工不稳定.