深冷挤出切削6061-T6铝合金切屑成形有限元分析

将深冷挤出式切削技术引入6061-T6铝合金的车削加工,结合有限元仿真技术探究深冷挤出式切削对6061-T6铝合金车削加工效果的影响。建立深冷挤出式切削(CT-EM)和常温挤出式切削(RT-EM)的有限元仿真模型并进行模拟仿真,对比分析不同刀具前角、压缩比对等效应变、等效应变率、等效应力、切削温度和切屑形态的影响规律。结果表明:随着刀具前角和压缩比的增大,CT-EM和RT-EM的等效应变率、最大等效应力分布区域和最高切削温度呈下降趋势;最大等效应变值和分布区域随前角的增大而减小,随压缩比的增大而增大;CT-EM的等效应变率、最大等效应变值和分布区域、等效应力分布范围都要大于RT-EM,切削温度更低,切屑形态更为平整,填充率更高,成形效果更好。

消振棱参数对大应变挤出切削过程的影响

用消振棱刀刃刀具进行大应变挤出切削有限元模拟,改变相关参数,分别分析大应变挤出切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。结果表明:其等效应变、等效应变率、等效应力和温度分布都呈带状;随着消振棱后角的增大,其最大等效应变先增大后减小;最大等效应变率的总体趋势为先略微增大后快速减小;最大等效应力和最高温度无明显变化;主切削力大小无明显变化;进给抗力曲线变化较复杂;在消振棱后角和棱边宽度相对较小时,会出现进给抗力曲线波动幅度较大的情况。

倒棱切削刃对6061铝合金大应变挤出切削仿真影响研究

大应变挤出切削(LSEM)是制备超细晶材料的一种大塑性变形法。为探究刀具切削刃结构对LSEM制备6061铝合金切屑带材的影响,选用具备倒棱切削刃的主刀具建立有限元模型,并进行模拟仿真,分析了倒棱负前角和棱边宽度对等效应变、等效应变率和切削力等热力学参数的影响。结果表明:主刀具切削刃为倒棱结构时,可获得较大的等效应变,最大等效应变值可达6.63;当倒棱结构参数变化时,等效应变、等效应变率、等效应力和温度图均呈带状分布;当倒棱负前角(绝对值)和棱边宽度增大时,最大等效应变、最大等效应变率和平均进给抗力也增大,且变化相对较明显,而最大等效应力和最高温度变化很小,几乎可以忽略不计。

基于Deform的刃带宽度对大应变挤出切削过程的影响分析

在进行大应变挤出切削有限元模拟时,改变刃带宽度,分别分析大应变挤出切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。结果表明:其等效应变、等效应变率、等效应力和温度分布都呈带状;随着刃带宽度的增大,最大等效应变和最大等效应变率先增大后减小;最大等效应力和最高温度无明显变化,几乎都在433 MPa和133℃左右波动;主切削力和进给抗力的大小也无明显变化。

加工参数对大应变挤出切削6061铝合金切削力影响的研究

通过正交试验进行了大应变挤出切削(LSEM)6061铝合金的切削力仿真,建立了LSEM有限元分析模型,对LSEM过程中产生的切削力进行了直观分析,包括刀具前角、主刀具刀尖钝圆半径等加工参数对主刀具切削力和限制刀具切削力的影响程度,并确定了最优加工参数组合。对切削力正交仿真试验结果进行方差分析并确定非常显著和显著影响的加工参数。分析结果表明:在给定的参数范围内,主刀具的平均主切削力远大于平均进给抗力,而限制刀具正好相反;切削厚度对主刀具平均合力的影响最大,切屑压缩比对限制刀具平均合力的影响最大,获取最小主刀具平均合力和限制刀具平均合力的最优方案略有不同;各加工参数对主刀具平均合力和限制刀具平均合力影响的重要程度有差异。分析结果为LSEM制备6061铝合金切屑带材的加工参数优化奠定了基础。

倒圆刀刃对大应变挤出切削过程的影响

在大应变挤出切削有限元模拟过程中,设定主切削刀具的刃区型式为倒圆,通过相关参数的变化,仔细观察模拟过程中等效应变、等效应变率等参数的变化规律。研究结果发现:切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力和温度呈带状分布;当倒圆刀刃半径由小增大时,最大等效应变先小幅度减小再大幅度增大;最大等效应变率的变化有起伏,总体趋势为减小;最大等效应力和最高温度基本不变;主切削力的增加效果不明显;进给抗力大小明显增大。

大应变挤出切削制备AZ31镁合金超细晶带材工艺研究

运用大应变挤出切削(LSEM)方法,采用前角为15°且切屑压缩比λ可调节(分别为1.5,1.0和0.5)的组合刀具制备了具有超细晶结构的AZ31镁合金带材,分析了带材的成型性和形貌,并对比分析带材的显微组织和测量显微硬度。结果表明,切屑压缩比对带材成型有直接的影响,LSEM能显著地细化AZ31镁合金的晶粒及改善其显微组织;晶粒细化后,AZ31镁合金的维氏硬度获得近33%的提升。

塑性流动挤出切削制备梯度结构铝薄板的仿真分析

塑性流动挤出切削(plastic flow machining,PFM)工艺是一种新型的大塑性变形(severe plastic deformation,SPD)工艺,所制备的铝薄板沿厚度方向呈现明显应变梯度,且晶粒尺寸由一侧的超细晶粒逐渐过渡到另一侧的粗大晶粒。这种梯度结构铝薄板兼顾了高强度与高塑性,具有很好的应用前景。在PFM工艺中,模具结构对梯度结构薄板成形起到了关键甚至决定性的作用,但目前缺少相关研究。采用控制变量法,通过有限元模拟不同模具结构下梯度结构铝薄板的成形。结果表明,梯度结构铝薄板的侧向挤压比x、左侧等效应变ε_(L)及右侧等效应变ε_(R)均与模具的开口圆角R及挤压角度C的取值密切相关,且x随着R及C的增大而减小。此外,当R为1.5 mm、C为120°时,ε_(R)与ε_(L)之差最大。

切屑压缩比对超细晶纯铜组织与性能影响的研究

用有限元软件对纯铜进行大应变挤出切削(LSEM)仿真,通过改变切屑压缩比得到等效应变、等效应变率、温度分布的变化规律。进行LSEM试验,借助电子背散射衍射仪和维氏硬度计对比分析了不同切屑压缩比下纯铜切屑的显微组织和表面平均硬度。结果表明:切屑压缩比为1.5~2.5时,参考点沿给定轨迹线的等效应变随切屑压缩比增大而增大,而等效应变率的变化规律正好相反。同时,切屑压缩比越大,晶粒细化效果越好,拉长晶占比减小,出现等轴晶,且切屑表面平均硬度也越大。

刀具前角对超细晶纯铜组织与性能的影响

利用不同前角刀具对纯铜材料进行了大应变挤出切削加工,并将制备的超细晶纯铜切屑在不同温度下进行退火处理。通过金相显微观察、扫描电镜观察和维氏硬度检测等手段,分析了材料在变形前后及热处理前后的微观结构和性能变化。结果表明：30°前角刀具加工时,纯铜材料晶粒已明显细化,由大约100μm粗晶细化至亚微米级拉长晶,并且宏观硬度从基体的85 HV0.05提升至135 HV0.05;而10°刀具加工时,晶粒进一步细化为等轴细晶,甚至出现部分纳米晶,硬度也进一步提升至150 HV0.05。同时,前角越小,开始再结晶温度越低,再结晶完成时晶粒越小,硬度值越高;此外,无论10°还是30°刀具加工,超细晶纯铜材料均可在240℃下保持良好的热稳定性。