基于球头铣削方式的淬硬钢最小切削厚度确定

汽车覆盖件模具精加工中,精加工余量较小,较小的精加工余量与刀具刃口钝圆半径处于相同数量级,为了实现汽车覆盖件模具的高品质加工,刀具刃口钝圆半径的影响应当引起重视。刀具刃口钝圆半径存在,使得塑性材料加工中存在最小切削厚度,当实际切削厚度小于模具材料最小切削厚度时,刀具与工件之间将出现滑擦,导致汽车覆盖件模具的加工精度和表面质量难以保证。提出一种确定最小切削厚度的新方法,该方法基于球头铣削方式,并验证所提出方法的有效性;以汽车覆盖件模具常用材料淬硬钢AISI D2为研究对象,采用所提出的最小切削厚度确定方法,确定不同硬度淬硬钢AISI D2材料的最小切削厚度值,研究速度效应对淬硬钢AISI D2材料最小切削厚度的影响规律,研究结果表明:在所选切削参数范围内,温度效应对淬硬钢AISI D2材料成屑的影响大于应变率效应的影响,此时随着切削速度的增加,最小切削厚度值增大。

基于应变梯度理论的正交微车削中最小切削厚度预测

最小切削厚度是微切削中产生切屑必须超过的切削厚度的临界值。基于微切削中切屑形成机理提出了最小切削厚度的预测模型,并用正交微切削实验进行验证,采用非线性拟合方法处理切屑厚度数据,发现切屑厚度与进给量呈指数关系,认为当切屑厚度为零时的正交微切削进给量值即为最小切削厚度。实验结果验证了预测模型的正确性,并发现切削刃半径增大时,最小切削厚度增大。

速度效应对淬硬钢最小切削厚度的影响

塑性材料加工中,存在一个最小切削厚度,当切削加工中实际有效切削厚度小于工件材料的最小切削厚度时,将造成刀具与工件无法正常切削,而主要以滑擦为主,此时加工精度很难保证,确定材料的最小切削厚度对提高工件的加工质量及精度具有重要意义.针对以上问题以淬硬钢Cr12Mo V材料为研究对象,提供了一种确定工件材料最小切削厚度的试验方法,并通过提供的试验方法,确定了淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)不同切削速度下的最小切削厚度值,试验结果表明:在所选的速度范围内,热软化效应对淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)成屑机制的影响大于应变率效应的影响,淬硬钢Cr12Mo V(58 HRC)最小切削厚度值的确定,为汽车覆盖件模具精加工余量的选取提供了理论依据.

基于能量的微切削最小切削厚度有限元仿真研究

针对微细切削加工技术中存在的影响加工质量和稳定性的最小切削厚度问题,建立了最小切削厚度模型,对在一定加工条件下的不同材料最小切削厚度的估值进行了研究。分析了微切削过程中工件与刀具圆弧半径接触面上分流点的位置和受力情况,从最小能量的角度建立了最小切削厚度的计算公式;建立了微细切削加工的正交切削有限元仿真模型,定义了用于仿真的工件材料的本构模型,运用ABAQUS仿真软件对工件与刀具圆弧半径接触处的单元能量进行了有限元仿真研究。研究结果表明:在微细切削加工过程中,工件与刀具圆弧半径接触处存在能量较小的一段分流区域,通过分流区域的位置可以对一定加工条件下的最小切削厚度进行估算;工件与刀具之间的摩擦系数是影响最小切削厚度的重要因素。

基于ABAQUS的AISI4340最小切削厚度预测的研究

微细切削加工中切削深度必须大于最小切削厚度才能获得比较好的表面加工精度。为了研究微细切削下最小切削厚度的有效标定方法,利用ABAQUS/Explicit有限元分析平台对AISI4340的二维正交微细切削过程进行仿真,结果表明,当刀具切削刃圆弧半径为6μm,切削速度为500 mm/s时的最小切削厚度为1.1μm,发现了微细切削过程中分流角的存在是切屑形成的关键。

Inconel 718微切削最小切削厚度有限元仿真与试验研究

材料的最小切削厚度决定了加工时的最小去除量,同时是精密切削加工中选取切削参数的重要依据。设计正交试验,通过观察表面完整性对Inconel 718微切削最小切削厚度进行了分析。基于ABAQUS软件的CEL切削仿真技术建立了Inconel 718微切削最小切削厚度预测模型,并对Inconel 718微切削最小切削厚度进行了预测。综合仿真与试验结果,得出Inconel 718微切削最小切削厚度范围为7~15μm。

紫铜表面微铣削加工最小切削厚度分析

最小切削厚度是微铣削加工的一个重要参数,准确地确定最小切削厚度能够减小加工精度和刀具磨损。用切削刃钝圆半径为6μm的Ф0.15微铣刀,在进给速度为30 mm/min、转速为10000 r/min条件下,对切削紫铜表面进行仿真分析,得出最小切削厚度值为0.9μm。为验证仿真正确性,在同样的工艺条件下对紫铜材料进行加工实验,通过分析切削过程得到最小切削厚度小于1μm。所以在加工紫铜时切削厚度尽可能大于0.9μm,避免工件因发生变形而减小加工精度。通过实验发现随着刀具加工时间延长,刀具逐渐磨损会造成刀刃钝圆半径增大,最小切削厚度也随之增加。

介观尺度最小切削厚度模型与分析

针对介观尺度切削加工中存在的最小切削厚度,描述了最小切削厚度形成机理,提出了一种基于刀具刃口半径及工件和刀具间摩擦因数的最小切削厚度理论模型,并将切削参数代入理论模型计算出其最小切削厚度值为2.3μm。以钛合金Ti6Al4V为研究对象,基于Abaqus建立钛合金二维切削模型,通过仿真得出最小切削厚度值在2μm~3μm之间,从而验证了最小切削厚度理论模型的正确性。并分析了刀具刃口半径及工件与刀具间摩擦因数对最小切削厚度的影响,结果表明,最小切削厚度值与刀具刃口半径成正比,与工件和刀具间摩擦因数成反比。

考虑刀具有效切削前角的微铣削最小切削厚度预测方法

本文提出一种考虑刀具有效切削前角的微铣削最小切削厚度预测方法,并借助AISI4340钢微切削加工实验以及已有文献报道对所提预测方法的有效性进行了验证。结果表明,使用所提预测模型所得最小切削厚度值与实验值及已有文献报道结果基本吻合,预测结果准确度比不考虑刀具有效切削前角的预测模型更高。

介观尺度切削过程的材料本构关系分析

应用应变梯度理论,建立了考虑尺度效应的介观切削材料本构关系;应用建立的本构关系对于不同切削条件时材料的应力-应变关系进行了分析研究。研究表明:随着切削厚度的增加,材料力学性能曲线逐渐向宏观Johnson-Cook(JC)模型靠近;当前角增大时,剪切角随之增大,材料内部的应力加大,材料的尺度效应越明显,因此适当增大刀具前角有利于介观尺度切削;切削刃半径对材料性能的影响比较明显,随着切削刃半径的减小,材料性能的尺度效应逐渐显著,要实现介观尺度切削,刀具切削刃半径必须极小。

微细铣削的切削仿真与实验

利用金属切削仿真软件Advant Edge对AL6061-T6和STEEL1018两种材料的微细铣削开展有限元仿真模拟,揭示微细铣削中的切削力、切削温度等变化规律,利用切屑的形成过程和切削分力Fx、Fy的不同变化规律,分析了最小切削厚度值。通过两种材料切削比能的变化,分析了微细铣削中存在的切削尺度效应现象。开展了微细铣削槽加工实验,分析了槽铣的加工表面形貌和切削力,为微细铣削工艺参数的优化提供依据。

微切削理论及相关技术的研究现状及趋势

对国内外微切削理论及微机械装配等相关技术进行了整理和描述,并提出了今后在微切削领域研究的方向。

介观尺度切削无氧铜本构模型建立与仿真

微细加工会产生介观尺度下的尺度效应,应用基于位错机制的应变梯度塑性理论,考虑材料的微观结构特性,建立介观尺度下的材料本构模型,可解释微细加工中产生的尺度效应现象。对理论推导出来的介观尺度下的材料本构模型进行分析研究,得到不同切削条件下的应力-应变曲线及仿真结果。研究表明,随着切削厚度的不断增加,材料的应力-应变曲线会逐渐趋向于宏观切削时的应力-应变曲线。当刀具的前角不断增大,材料的应力会随之增加,即材料所表现的尺度效应会更加明显。刀具的前角对于切屑的形成也会产生很大的影响,当刀具前角较小时会更有利材料在前刀面堆积而形成切屑。刀具切削刃半径是微细加工中最小切削厚度现象产生的根本原因。随着刀具切削刃半径的减小,材料所表现的尺度效应也更加明显。

切削刃钝圆半径对微切削过程的影响

基于有限元法对切削刃钝圆半径在微切削中产生的影响进行了研究。研究结果表明:较大的切削刃钝圆半径无法加工出微结构中比较尖锐的棱角结构;切削刃钝圆半径形成尺寸效应,并引起有效切削前角的变化;将三维切削仿真转化为二维切削仿真,可有效提高仿真效率;利用有限元仿真可获得最小切削厚度与切削刃钝圆半径的数值关系。

铝7075介观尺度切削过程的仿真研究

基于位错机制的应变梯度（MSG）塑性理论,采用任意拉格朗日-欧拉ALE算法,建立了铝合金介观尺度切削过程的仿真模型,并通过试验对仿真模型进行了验证。结果表明：PCD刀具切削铝合金的最小切削厚度大致为刀具钝圆半径的0.25~0.3倍;材料应变梯度的存在使得材料表现出强烈的尺度效应,并且使单位切削力随着进给量的减小明显增大。

微铣削切削力的解析模型分析

针对传统铣削模型不能较好的反映出微铣削刀具因尺寸效应而易受切削力与切削振动的影响效果的问题,建立了微铣削刀具运动轨迹和动态切削厚度模型和考虑刀具磨损的微铣削犁力模型和剪切力模型,通过Deform-2D切削仿真获得了犁力系数和剪切力系数,建立了考虑刀具磨损的微铣削切削力模型。同时通过切削力测试实验与仿真结果进行比对,检验了切削力模型与测试结果的偏差,结果表明该切削力模型预测结果可以较好的反应实际切削力值,可以利用该模型进行微铣削切削力的近似计算,进而验证了模型的正确性与可信度。

刀具切削刃钝圆半径对微细切削尺度效应的影响

针对微细切削加工中存在的尺度效应,研究了微细切削加工中尺度效应产生的机理,通过建立微细切削加工有限元模型,模拟并分析了微细切削加工过程的尺度效应,揭示了切削刃钝圆半径引起尺度效应的内在作用机理。

微细铣削表面形貌形成分析

基于最小切削厚度的概念,提出了微细铣削过程槽底表面几何形貌仿真模型。通过微细铣削表面形貌的仿真和表面粗糙度Ra值的计算以及微细铣削实验,对微细铣削表面粗糙度随着每齿进给量变化的规律进行了分析和描述。

微细铣削加工的有限元仿真与实验研究

利用Advant Edge对AL6061-T6的微铣削开展有限元仿真模拟,来揭示微铣削加工中的切削力、温度等变化规律,通过切屑的形成对最小切削厚度值进行初步的估算。通过对材料切削比能的变化分析了微切削中存在的切削尺度效应现象。开展了微切削槽铣实验,对加工表面进行分析并对切削力进行测量,为微铣加工参数的优化提供有效的依据。