切削过程仿真及工艺参数优化

加工工艺及其相关参数优化是协调加工质量、效率和成本等目标的主要途径之一.以切削过程为对象,研究基于有限元法(FEM)的切削过程建模与分析方法,考察了切削工艺参数对切削力的作用及其优化策略,根据切削力计算、仿真和实验对比结果,指出现有切削效应分析方法及相关仿真软件的应用尚有一些值得进一步深入研究的内容.

帽贝牙齿几何特征的仿生刀具切削仿真

刀具作为切削加工的基础工具,如何提高它的性能是当前研究的热点。仿生学研究表明帽贝的牙齿具有优良的力学性能,这为刀具的优化设计提供了依据。运用仿生学原理,通过生物解剖的方法制备了帽贝的单颗牙齿,利用数据分析软件提取牙齿内外轮廓曲线,得出其拟合多项式,并以多项式曲线的曲率为基础,对牙齿轮廓特征进行了分析,最后依据该多项式设计出了仿生刀具模型。对刀具前角、进给量、切削速度设计了正交试验,通过有限元软件进行二维正交切削仿真,并运用极差分析法探讨这3个因素对切削力的影响。以切削力最小为设计目标,在试验参数范围内进给量为0.1 mm/r,前角为5°,切削速度为150 m/min是最优组合,同时与普通刀具仿真结果进行对比,发现仿生刀具有省力的优势。

金属切削仿真分析的关键技术研究

金属切削仿真过程涉及到了很多的物理过程,包括在大应变、大变形条件下的材料模型,切屑分离准则、网格划分、接触摩擦模型磨损模型和边界条件等。本文以2Cr13材料的有限元仿真分析为例,介绍了分析过程中需确定的各项参数设置方法 ,并总结了各参数对仿真结果的影响程度。

圆柱齿轮滚切力可视化及切削参数对滚切力的影响研究

滚齿是重要的齿轮加工工艺之一,其加工成形过程复杂,并且涉及较多切削参数。为了量化切削参数对滚切力的影响,研究了一种基于三维几何仿真的滚齿切削力预测方法。根据滚刀和工件的几何参数以及切削参数确定加工过程中滚刀和工件的相对位置和运动关系,在CAD环境中实现滚齿运动过程的三维仿真,并得到未变形切屑的三维模型;根据选定的切削力模型,利用未变形切屑模型的截面尺寸计算单个切削刃的瞬时切削力,得到滚齿的整体受力过程;定量分析了不同切削参数对滚齿切削力的影响。该预测模型有助于滚齿加工工艺过程的优化设计,以提升加工质量和效率,降低加工成本。

有限元数值模拟技术在轴类零件切削中的应用

建立了合理的材料本构、接触模型和摩擦模型,基于合理的切屑分离准则,建立了正交切削过程有限元力学模型,应用DEFORM软件实现了正交切削过程数值模拟。研究了不同转速、不同刀具前角和不同刀刃钝圆半径下的正交切削过程,分析了切削过程中应力、应变和切削力的变化特性,获得了轴类零件加工过程中应力、应变、切削力的变化规律。

单纤维增强SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料切削机理研究

根据SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料的结构特点构建了二维切削有限元分析模型,发现微裂纹在基体材料的萌生与扩展、增强相纤维对裂纹扩展的阻碍是切削该材料的基本去除方式。单纤维增强SiC_(f)/SiC陶瓷基复合材料切削过程是基体材料的裂纹不断萌生、扩展和增强纤维不断拉断、折断而形成切屑的综合过程,刀具与基体、纤维不断的脱离、接触导致切削力波动大,切削过程呈明显的随机波动特性。SiC纤维的存在对于控制裂纹的形成与扩展具有重要作用,SiC纤维限制了裂纹的扩展长度,使得形成的切屑尺寸较小,有利于提高表面加工质量。