切削过程三维温度及热应力分析

建立了切削过程三维温度及热应力模型,整体模拟了金属的切削过程,得到不同切削速度下的切削力,工件变形区的应变、应力分布以及切削温度的分布,并对切削速度以及刀具前角对切削温度分布的影响进行分析.结果表明,提高切削速度对于减小主切削力,降低切削温度是有利的.三维仿真能更加真实地揭示刀具和工件的切削状态.     

精密切削过程三维有限元分析

采用有限元方法模拟三维精密切削过程,包括三维正交切削和三维斜角切削。切屑和刀具的摩擦应力采用修正库仑摩擦方程来计算,工件的流动应力是应力、应变、应变率和温度的函数,采用局部网格重划分技术。通过三维切削模拟可以获得在不同刃倾角精密切削过程的条件下切屑形状、切削力和切削温度场的分布情况。仿真结果表明:刃倾角对主切削力和切深抗力影响不大,但对切屑形状、进给抗力和切削温度场分布影响较大。     

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.     

基于有限元法的二维正交切削刀具应力分析

运用有限元方法对二维正交切削加工刀具内部应力进行模拟分析。基于刚塑性有限元方法建立了切削加工过程仿真模型,通过模拟获得了切削加工过程中刀具应力的分布和变化情况。通过对不同切削工艺参数条件下的切削过程进行模拟,分析了刀具几何参数以及切削用量对切削加工过程中刀具应力的影响,为正确选择刀具及切削参数提供了参考。     

基于热四极法的涂层刀具切削温度分布研究

为研究涂层在切削过程中对刀具温度分布的影响,建立了涂层刀具的三维瞬态热传导分析模型,发展了基于热四极法的切削过程涂层刀具三维温度场求解算法,得到了涂层刀具的瞬态温度分布。研究了涂层厚度、热对流以及界面热阻对涂层刀具切削温度分布的影响,为切削加工中涂层厚度的确定、切削液的选择以及涂层刀具的失效诊断提供了理论依据。     

Ti-6Al-4V车削温度的有限元仿真研究

分别采用有限元分析软件AdvantEdge FEM和DEFORM-3D,选取相同的模拟参数,对钛合金Ti-6Al-4V的车削加工过程进行了三维有限元仿真,根据仿真结果,分析总结出切削热的整体分布情况和刀具、切屑及工件切削温度的分布规律,给出了不同车削速度下刀具前后刀面温度分布图,模拟分析了同一切削速度不同分析步和不同切削速度下的刀具、切屑及工件的温度场分布情况,并把两个软件的仿真结果进行对比分析,得出了分析结果,为深入研究切削机理提供了有益的参考数据.     

基于DEFORM-3D的高速车削加工仿真

DEFORM-3D是应用有限元方法(FEM)分析三维复杂加工过程的模拟工具,它不仅鲁棒性好,而且易于使用.借助于该模拟分析环境,能够对切削过程中刀具几何参数、切削条件以及加工过程中的其他因素产生的影响进行研究.应用DEFORM自带的切削仿真模型,模拟高速车削加工中工件及刀具的温度分布、切屑流动、应力、应变和切削力等.模拟结果对减少产品试验、降低开发成本、缩短开发新产品及新工艺的时间等方面都具有重大意义.DEFORM-3D对于研究刀具几何模型、切屑形成以及切削参数控制的刀具制造者和使用者来说,是一个较理想的工具.     

整硬麻花钻容屑槽与法向前角对钛合金钻削性能的影响

采用UG NX11.0软件建立了三种不同卷屑角的容屑槽,以锥面刃磨的方式构建钻尖三维模型。测量主切削刃的法向前角并绘制法向前角的分布曲线,分析三种曲线之间的关系。利用AdvantEdge有限元仿真软件模拟钻削过程中的切削力、切削形貌、切削温度和应力分布,并通过切削试验验证了有限元模拟的可靠性。结果表明：容屑槽卷曲角直接影响主切削刃法向刀具前角的分布,且主切削刃的法向刀具前角越大,切削越锋利,切削力越小;在一定范围内,随着容屑槽卷曲角α增大,轴向切削力减小,且切屑卷曲直径也越小,有利于排屑和提高刀具寿命。     

车削中心自动变位全载荷加载装置设计及试验研究

为了能够在数控机床刚度检测中更加准确地模拟刀具真实切削状态,提出了一种模拟全载荷加载检测方法。基于实际切削过程中刀具受到力和力矩的全载荷作用,切削位置发生变化的情况,根据实际切削中切削力比例分配原理,在对受力点和的受力方向坐标变换的基础上,设计了自动变位模拟全载荷加载装置,通过试验验证了加载装置各向力的比例关系,并将其应用在机床刚度分布检测试验中,得到了刀具在不同切削位置下,机床各测点的位移量,试验结果为评价和改进机床结构设计提高机床静刚度提供了数据依据,为研究和改进预测以及方案修改方法提供了试验手段。     

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.     

基于正交切削模拟的零件铣削加工变形预测研究

提出了基于正交切削模拟的零件铣削加工变形的预测方法,建立了三维铣削加工的有限元模型。基于正交切削加工模拟结果,利用铣削温度、铣削力的分析模型求解了三维铣削加工的瞬态温度和瞬态切削力,并将其作为动态载荷应用于三维切削加工的有限元模型,模拟了零件的三维铣削加工过程,预测了零件的变形。通过模拟结果与现场加工情况对比,证明该预测方法是行之有效的。     

可转位车刀切削过程三维有限元集成仿真

利用三维有限元方法对金属的切削加工过程进行了模拟仿真。按照实际加工条件建立了切削模拟模型,模拟中按照国家标准建立的硬质合金可转位刀片的三维模型不仅考虑了真实的刀片几何形状,而且考虑了刀片安装时的角度参数。利用成熟的商业软件DEFORM3D对金属切削过程中切屑的流动状态及过程中的温度场和应力场进行了有限元模拟并对模拟结果进行了分析。     

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。     

多层复合涂层刀具切削过程的三维有限元仿真

利用DEFORM-3D软件,对多层复合涂层刀具的切削过程进行三维有限元仿真研究,获得了切削过程中的切削温度、切削力和刀具应力等参数,并进行了相关的切削实验对比.实验结果表明,仿真所得的切削温度和切削力结果与实验结果能够较好地吻合,仿真所得的刀具应力结果能够较好地说明涂层的破坏.该仿真方法可以作为研究多层涂层刀具失效机理的有效方法,     

基于DEFORM-3D的金属锯切过程力能仿真研究

运用金属切削力学理论与方法对圆锯机锯切过程的力能参数进行理论计算,得到锯切过程的平均锯切力和平均锯切功率。基于DEFORM-3D软件建立金属锯切有限元模型,仿真得到平均锯切力值,与理论计算得到的平均锯切力误差为3.5%;实验得到圆锯机主电动机锯切过程中的平均锯切功率值,与理论计算得到的平均锯切功率误差为3.8%。力能参数理论计算、DEFORM-3D有限元仿真、实验测试数据对比,表明用DEFORM-3D有限元研究金属锯切机理是一种可行的方法,为锯切机理的研究提供了参考。     

基于正交切削的有限元仿真建模技术

利用Deform2D有限元分析软件建立了金属正交切削过程的仿真模型。通过正交切削试验,对仿真结果进行了验证和比较,并分析了摩擦系数对仿真结果中切屑形状、切削力等的影响。     

基于VERICUT的数控加工运动学仿真

介绍了运用VERICUT软件实现数控加工运动学仿真的过程及方法.通过加工实例实现了从三维建模、刀具管理、数控程序导入到加工运动仿真,得到了一种较理想的仿真方法.基于软件的Optimath分析模块,可以对加工程序进一步优化,提高加工效率.AUTO-DIFF分析模块通过对比仿真模型和设计模型实现仿真加工过程的过切和欠切分析.     

基于AdvantEdge的斜角车削仿真实验确定刀屑摩擦因数的方法

当使用AdvantEdge软件进行切削仿真实验时,刀屑摩擦因数对仿真结果的影响明显,但现有有限元软件未提供刀屑摩擦因数数据库。为建立一种基于AdvantEdge的斜角车削仿真实验的刀屑摩擦因数确定方法,首先提出基于斜角车削的摩擦力计算方法,然后建立AdvantEdge三维斜角车削仿真模型,设定不同切削速度、切削深度、进给量及摩擦因数,通过AdvantEdge 仿真正交试验,获得刀屑摩擦因数的经验计算公式。为验证刀屑摩擦因数经验计算公式的正确性,设定不同切削速度和切削深度及进给量的斜角车削正交试验,获得切削力数据,并基于摩擦因数经验计算公式求得对应刀屑摩擦因数。利用求得的摩擦因数数据修改AdvantEdge中刀屑摩擦因数参数,进行残余应力切削仿真实验。仿真实验获得的残余应力与实际切削实验获得的残余应力相比,误差在10%以内,证明提出的刀屑摩擦因数确定方法是正确的。     

A 3D Predictive Cutting-Force Model for End Milling of Parts Having Sculptured Surfaces

A comprehensive, 3D mathematical model of desired/optimal cutting force for end milling of freeform surfaces is proposed in this paper. A closed-form predictive model is developed, based on a perceptive cutting approach, resulting in a cutting force model having a comprehensive set of essential cutting parameters. In particular, the normal rake angle, usually missing in most existing models of the same sort, is included in the developed model. The model also permits quantitative analyses of the effect of any parameters on the cutting performance of the tool, providing a guideline to improving the tool performance. Since the axial depth of cut varies with time when milling sculptured surface parts, an innovative axial depth of cut estimation scheme is proposed for the generation of 3D cutting forces. This estimation scheme improves on the practicality of most existing predictive cutting-force models for milling, in which the major attention has been focused on planar milling surface generation. In addition, the proposed model takes the rake surface on the flute of mills as an osculating plane to yield 3D cutting force expressions in only two steps. This approach greatly reduces the time-consuming mathematical work normally required for obtaining the cutting-force expressions. A series of milling simulations for machining freeform parts under specific cutting conditions have been performed to verify the effectiveness of the proposed cutting-force model. The simulation results demonstrate the accurate estimating capability of the proposed method for axial depth of cut estimation. The cutting force responses from the simulation exhibit the same trends as can be obtained using the empirical mechanic’s model referenced in the literature. Finally, from the simulation results it is also shown that designing a tool with a combination of different helix angles, having cutting force signatures similar to those of the single helix angle counterparts, is particularly advantageous.