基于热力耦合模型的切削加工残余应力的模拟及试验研究

航空精密薄壁零件具有复杂的型腔结构,切削加工残余应力是薄壁零件精度稳定性的重要影响因素,因此必须对切削加工残余应力进行研究。根据热—弹塑性有限元理论,建立切削加工三维有限元模型,对航空铝合金材料Al2A12进行切削加工非线性弹塑性有限元模拟分析,对切削加工表面残余应力进行预测和计算。通过有限元分析,得到不同切削参数、刀具参数条件下的已加工表面残余应力的模拟结果,并对结果进行比较分析,得到各个因素对工件已加工表面残余应力的基本影响规律;进行不同加工工序条件下的切削加工残余应力的有限元模拟,在加工表面已有一次切削加工残余应力分布的情况下,进行二次切削加工有限元模拟,得到二次切削加工对工件已加工表面残余应力的影响规律;并且进行不同切削参数对残余应力影响的试验研究,验证有限元模型的正确性。     

不锈钢切削表面残余应力的模拟

建立了正交切削有限元模型,结合热弹塑性理论,利用有限元软件的Lagrange显式程序模拟了切削过程,研究了切削速度、切削厚度、刀具几何参数对AISI 316L钢已加工表面残余应力分布规律的影响,并对比实验结果验证了模型的可行性.     

薄壁件立铣切削力的有限元模拟与实验研究

薄壁件铣削加工中铣削力是导致加工变形的直接原因,是加工误差的主要影响因素.在考虑刀具变形、工件及刀具材料性能参数的基础上,建立了三维斜角切削力有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUS对薄壁件斜角切削过程进行了仿真模拟.其次,针对铣削过程进行了切削力测试,结果表明本文提出的切削力有限元模拟方法具有较高的精度,对切削参数的优化提供了理论依据和便利工具.     

SiCp/Al复合材料高速铣削的有限元仿真研究

运用有限元分析软件ABAQUS建立了三维斜角铣削模型,对SiCp/Al复合材料的的高速铣削过程进行模拟。首先分析了切削过程中SiCp/Al复合材料的应力、应变的分布规律,然后分析了不同等效切削厚度对切屑形状和温度场的影响,最后分析了切削参数对切削力的影响规律。铣削过程的有限元模拟为SiCp/Al复合材料高速铣削加工的工艺参数优化、刀具参数的合理选择提供了参考。     

镍基高温合金斜角切削的仿真研究

针对难加工材料镍基高温合金切削力大以及难排屑等问题,在ABAQUS有限元分析软件中建立三维斜角仿真模型,模拟镍基高温合金的切削加工过程。研究斜角切削状态下镍基高温合金材料的去除机理和切屑形成,通过正交试验和单因素试验,分析在不同切削参数下流屑角以及三维切削力的变化情况。采用有限元分析方法对镍基高温合金的三维斜角切削过程进行仿真研究,降低了研究成本,为镍基高温合金高效切削加工提供了理论参考。     

弱刚度结构件切削加工残余应力的研究

弱刚度结构件具有刚度差和材料去除量大等特点,加工过程中产生的残余应力容易导致其加工变形,尤其对于精度要求高且厚度不均匀的弱刚度结构件,更有必要研究切削加工残余应力的影响因素,从而为控制弱刚度结构件的加工变形提供基础。根据正交切削理论和热弹塑性有限元理论建立了切削加工的三维有限元模型,对材料为40CrNiMo的变厚度弱刚度结构件进行了切削加工模拟,对切削过程中的残余应力进行了有限元计算。通过对比不同切削参数情况下残余应力的分布,得到了残余应力随切削参数的变化规律;将变厚度弱刚度结构件的加工分为二次等厚度的切削加工,通过与一次加工得到的残余应力进行对比,得到了2种不同加工工序对变厚度弱刚度结构件的残余应力影响规律。     

可转位硬质合金车刀车削45钢车削力预报

采用金属成形有限元分析软件Deform3D建立了可转位硬质合金车刀车削45钢的三维斜角切削有限元模型,利用该模型进行了切削加工模拟,得到切削力的数值并给出了切削力随时间的变化曲线.通过设置不同的切削参数,对不同参数下的车削力进行比较,分析各个切削参数对车削力的影响规律,为研究刀具的切削性能提供有用的数据.     

高速硬态切削参数影响的有限元分析

研究了切屑分离、刀屑摩擦等关键技术,建立了轴承钢GCrl5高速切削的有限元模型.根据实际切削加工状况选择适当的切削参数,建立了正交试验表,利用有限元软件进行了有限元模拟,研究了刀具负前角和切削参数对切削力、温度、应力应变等的影响程度和趋势.该有限元模型可以用于分析切削参数对切削过程的影响,为下一步参数优化研究奠定了基础.     

有限元仿真在金属切削加工中的应用

有限元仿真是研究金属切削过程和切屑形成过程的有效方法.以铝合金7050为例,详细描述两种金属切削加工的有限元模型:正交切削模型和斜角切削模型,以及有限元模型建立过程中的一些关键技术如:刀屑界面间的摩擦,工件的材料本构模型和切屑分离标准.利用这两种有限元模型可以分别得到加工表面的残余应力分布趋势和切屑的几何形状,也可以预测低刚度结构件的让刀误差.分析表明:有限元仿真可以进行切削参数优化和刀具几何形状的优化,以改善加工表面的质量.     

基于有限元的切削加工仿真及残余应力分析

基于热弹塑性有限元理论在DEFORM3D软件中建立正交切削加工有限元模型.建模过程中考虑了工件材料本构关系、局部网格自动重划分、刀屑摩擦、切屑分离等影响切削仿真的关键因素,分析了切削过程中工件等效应力的分布.对工件在不同切削速度下的残余应力进行分析和比较,得出两者之间的定性影响关系.     

高速切削温度场的三维有限元建模与动态仿真

根据温度场控制方程及其边界条件,建立高速切削的三维有限元分析模型,将切削过程的温度分布和变化情况以及切削速度、进给量和切屑厚度等对切削温度的影响进行仿真分析,与相同切削条件下的二维仿真结果和实际测试结果进行对比,可以得出结论:三维建模仿真得到的高速切削温度变化趋势与相关文献结果基本一致,但三维仿真获得的温度值比二维仿真要高些,并且三维仿真的温度值更接近于实际测量值。     

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。     

基于有限元模拟的高速切削中切削热的研究

基于有限元分析软件DEFORM-2D建立了典型的正交切削模型,模拟分析后得到切屑厚度、刀—屑接触长度和X、Y方向切削分力等参数值;结合剪切面及前刀面接触区的平均温度和切削热解析法,研究了高速切削中切削热在切屑、工件和刀具部分的量化分配规律。     

有限元法在切削加工过程分析中的应用

介绍了切削加工过程有限元分析的发展 ,研究了切削加工过程有限元分析的关键技术 ;在总结有限元法在切削加工分析方面的主要应用的基础上 ,展望了切削加工过程有限元分析的未来研究趋势。     

Simulation research on the anisotropic cutting mechanism of KDP crystal using a new constitutive model

Potassium dihydrogen phosphate (KDP) exhibits anisotropic and hydrostatic pressure-dependent mechanical characteristics during processing. However, none of the existed material models is capable of describing the mechanical properties of the crystal. Thus, a new constitutive model, which combines the anisotropic elastic and pressure-dependent plastic model has been proposed in this paper. In addition, the tensile stress failure criterion is adopted as the fracture criterion of KDP crystal. Subroutine of the new material model is programmed and integrated into the commercial finite element software LS-DYNA. On the basis of that, the unknown material parameters of KDP are successfully identified with the aid of the nanoindentation/scratch technique and finite-element simulation. Finally, 2-D and 3-D cutting simulations applying the new model are performed to investigate the influence of cutting parameters on the brittle ductile transition depth and cutting force. The simulation results show good agreement with the KDP cutting experiment results, which confirm the validity and capability of the proposed constitutive model.     

基于正应力摩擦模型的金属切削有限元仿真

刀-屑摩擦模型是金属切削仿真的关键问题,采用基于前刀面正应力的摩擦系数模型能够真实反映刀-屑接触长度内的摩擦状况,通过仿真和试验证明,采用该模型可获得较好的仿真精度,而且通过降低工件材料的剪切流动应力能够较好地模拟切削液的润滑效果对切削过程的影响.     

高速切削热分配的有限元模拟

基于有限元法建立了典型的正交切削模型,结合切削热分配的解析法,研究了高速切削中切削热在切屑、工件和刀具部分的量化分配规律,并通过实验验证了模拟数据准确性,为高速切削热的相关研究提供了一种新的方法。     

螺纹铣削切削力有限元分析及试验

为了研究螺纹铣削法加工钛合金螺纹时切削力随切削参数的变化规律,通过对材料本构关系、刀—屑接触及切屑分离准则进行分析,建立了能反映刀具自转、公转及轴向进给运动的三维螺纹铣削模型。利用该模型对每齿进给量和切削速度对切削力的影响进行分析,结果表明:切削力随每齿进给量的增大而增大,随切削速度增加而减小,且每齿进给量对切削力的影响较为显著。通过螺纹铣削试验对所建立的三维铣削模型进行验证,表明所建立模型的误差最大为14%,可满足实际加工需要。     

薄壁腹板加工变形规律及其变形控制方案的研究

针对薄壁结构框体零件切削加工中腹板变形问题进行了分析研究。通过建立薄壁腹板铣削加工受力模型、有限元变形分析模型，结合切削试验，得到了薄壁腹板加工变形的基本规律，并据此提出了相应的变形控制工艺措施。结果表明，薄壁腹板加工变形模式与腹板结构尺寸、走刀路径、切削用量等因素的组合有关；大切深法以及分步环切法可以充分利用薄壁零件自身刚性，减小加工变形，提高加工精度，是两种控制薄壁腹板加工变形的有效工艺措施。     

硬质合金可转位车刀刀片的力学特性分析

为了深入研究切削过程中可转位刀具的力学特性,以硬质合金可转位车刀刀片为例,采用三维有限元方法对金属的切削加工过程进行模拟计算。考虑实际刀片几何形状及其安装角度,基于三维建模软件SolidWorks,建立了硬质合金可转位刀片三维立体模型;通过切削力试验测得切削力,利用内嵌于SolidWorks之上的COSMOS＼works对该刀片加载求解,进行应力场分析。结果表明,利用有限元方法对硬质合金可转位刀片分析的结论与其实际加工状况较为相符,为可转位刀片的优化设计提供了一定的方法和依据。