负倒棱刀具的直角切削热—力耦合建模与分析

根据切削过程中材料的塑性流动状态和刀—屑的摩擦特性,将不等分剪切区理论与Oxley的滑移线模型相结合,提出负倒棱刀具直角切削热—力耦合模型。该模型主要包括主剪切区和倒棱变形区,基于Johnson-Cook材料本构模型建立了流动应力、剪切角、摩擦角和切削温度的控制方程,主切削力Fc和进给力F_f分别计算为主剪切区和倒棱变形区上沿切削速度方向和垂直于切削速度方向上分量之和。对比验证提出的预测模型实验和有限元仿真结果,发现其相对误差在15%以内,并分析了负倒棱参数对切削力的影响,该研究结果可以为负倒棱刀具结构参数优化和切削性能影响分析提供参考。

基于不同刀具前角金属直角切削的数值模拟

基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法,建立二维弹塑性金属直角切削有限元模型;采用几何分离准则(距离准则)判断材料的分离,并自动对畸变网格进行重划分;通过用不同的刀具前角对金属直角切削过程进行数值模拟,分析总结结果,得出直角切削过程中在不同切削前角时切削力、刀具与工件的温度、应力应变的分布情况,为选用刀具形状、提高切削表面质量提供了理论依据。

铝合金7050-T7451直角切削表面的残余应力研究

采用单因素直角切削试验,对硬质合金刀具切削铝合金7050-T7451加工过程中形成的已加工表面残余应力进行了研究。使用X射线衍射应力测试技术对残余应力进行测量,得到了不同切削参数对应的残余应力值。通过考虑刃口半径的存在,阐述了已加工表面残余拉应力和压应力的产生机理,同时分析了切削速度、切削深度等参数对残余应力值的影响规律。

玻璃纤维增强树脂复合材料的直角切削技术研究

以单向玻璃纤维增强复合材料为研究对象,通过改变切削参数对在不同纤维方向角情况下的切削力和已加工表面的粗糙度进行了测试,并结合已加工表面的SEM观察,对复合材料的直角切削技术进行了试验研究。结果表明,纤维方向角对切削力和粗糙度以及切削区损伤程度的影响较大,是影响单向复合材料切削性能的重要因素;切削速度越快,粗糙度变化趋势越大。

基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力概率特性分析

考虑随机因素的影响,采用蒙特卡罗数值模拟方法,研究金属切削过程中切削力的统计分布规律.建立非等分平行面剪切区模型,求解切削速度、剪应变以及剪应变率.构建金属切削材料控制方程和温度控制方程,求解剪切区剪切应力及切削力.根据切削参数的分布信息抽取样本,代入切削力模型进行计算,获取切削力,并统计切削力的概率特性,从而提出一种基于蒙特卡罗方法的直角切削切削力预测方法.

基于热力耦合仿真的CFRP直角切削机理研究

直角切削是航空航天领域纤维增强复合材料CFRP加工性能分析的重要手段。通过有限元仿真的方式,考虑切削热的影响,以直角切削的表现形式模拟CFRP材料的加工过程,分别对纤维方向角为0°,45°,90°,135°的直角切削模型进行动态仿真分析。采用Hashin损伤准则及其损伤演化准则定义材料的失效,在模拟热力耦合切削过程时将工件单元类型选为温度—位移耦合型,输出仿真结果,使用ABAQUS软件的后处理模块处理得到不同纤维方向角的加工模型的温度云图与应力云图,对其所表现出的各向异性进行了探讨。对建立起的CFRP切削仿真结果进行分析,将切削热作为比对标准,分析切削力—切削热的关联性。

直角切削时切屑与刀具前刀面接触长度的一种简单计算方法

直角切削时,切屑与刀具前刀面的接触长度1。在金属切削过程中有一稳定的值,有理由被当作切削模型中的一个变量。在研究金属切削温度场时,它又是一个不可缺少的一个参数。本文在综合前人在确定1。的理论和实验研究的基础上,提出了一计算有效接触长度的简单方法;并认为,通过1。去确定剪切角φ不是合理的途径。

金属直角切削中刀—屑接触长度及前刀面上最大正应力的新计算方法

本文中采用光弹试验法测得的刀具前刀面上的应力分布规律,根据作用于切屑上力的平衡条件,得出一种新的计算刀——屑接触长度及作用于前刀面上的最大正应力的计算公式。在得到的公式中,除考虑了前人所得公式中考虑的因素之外,又引进了刀具、工件材料等影响因素。若通过试验确定切削速度的影响系数,则该公式可以作为经验公式使用。

控制刀一屑接触长度的直角切削研究

前言在切削过程诸现象中首先被人们注意的是切削过程中力的问题。金属切削科学研究领域的先驱者们也都是首先研究这一问题的。自从Piispanen和Merchant各自提出切屑形成的剪切理论以来,人们就开始重视对剪切区(第一变形区)

铝合金直角切削仿真的本构响应行为研究

基于ABAQUS有限元软件,开展铝合金直角切削仿真研究,分析不同加载条件下拟合得到的JC本构模型对切削力、切削应力和切削温度的影响,对本构参数与仿真结果的相关性进行分析。结果表明,不同JC本构参数下仿真得到切削力、切削应力和切削温度具有明显的差异性,材料屈服强度、热软化参数与仿真结果负相关,应变硬化参数、应变率强化参数、硬化指数与切削仿真结果正相关。与仿真结果相关性最大的是应变硬化参数,最小的为应变率强化参数。

直角切削的切屑折断力模型

直角切削的切屑折断力模型Ｂ．Ｋ．Ｇａｎａｐａｔｈｙ等著陈波译（哈尔滨科学技术大学）文中涉及的符号Ｆ：切屑与工件表面间的摩擦力，Ｆ＿０，Ｆ＿（ｃｉ），Ｆ＿（ｃｉ）＇：主切削力，Ｆ＿ｔ，Ｆ＿（ｔｉ），Ｆ＿（ｔｉ）＇：轴向力。Ｈｖ：维氏硬度，Ｎ＿３：切屑与...

基于直角切削的高温合金John-Cook本构参数逆向识别

随着计算机技术的发展,有限元仿真越来越广泛应用于切削加工中参数优化、切削机理研究等领域。John-Cook(J-C)本构模型是高温合金切削仿真的基础,关系到仿真结果的准确性与可靠性。针对传统的霍普金森杆试验(SplitHopkinson pressure bar, SHPB)获得的材料流动特性不能准确描述切削加工中材料的热塑性变形,其参数辨识的结果与实际切削状况有较大偏差的问题。提出了一种基于OXLEY切削理论和直角切削试验相结合的高温合金J-C本构参数逆向辨识方法。首先,基于不等分剪切区模型,给出了切削过程中应变、应变率、剪切区温度的分布规律;然后,针对传统车削与二维仿真模型无法直接比较的问题,设计并搭建了直角切削试验平台;最后,基于不等分剪切区模型与直角切削试验,分别计算了主剪切面流动应力的理论值和试验值,在给定本构参数约束条件下,以理论值与试验值差距最小为目标函数,通过遗传算法搜索本构参数的最优组合,实现了5个J-C本构参数(初始屈服应力A,应变强化系数B,应变率强化系数C,热软化系数m,加工硬化指数n)的最小二乘辨识。最后,将获得J-C本构参数的仿真值与试验结果进行对比,验证了逆向辨识方法的可行性与本构模型的准确性。

直角切削的热力建模与仿真分析

基于不等分剪切区模型,提出了一个直角切削的热力建模方法.在剪切区,用Johnson-Cook方程表示材料的本构关系,并建立了切屑通过剪切区的速度、应变、应力和温度的控制方程.在刀具/切屑面上,引入依赖切屑速度的摩擦经验公式.通过数值迭代方法计算出流动应力,并考虑了加工硬化和热软化对流动应力的影响.最后预测了各种不同加工条件下的切削力,并与已有文献的直角切削实验数据做比较,发现结果基本一致.提出的模型不需额外的测试,仅需要材料属性和切削条件就能预测出直角切削的切削力.

用有限差分法计算直角切削时刀具切削温度

提出了一个切削刀具温度场的数学模型，建立了边界条件及节点能量平衡方程式，最后用有限差分法解出了一个实例的切削温度分布。

单向碳纤维复合材料直角自由切削力的研究

以单向碳纤维复合材料(UCFRP)直角自由切削为研究对象,给出了纤维方向角0°-90°范围内的水平和垂直两方向切削力的理论计算方法。基于切削实验观察,发现在小切削厚度下,刀具刃口半径的作用应当考虑到切削力的计算中去。将切削区分为3个变形区分别计算切削力,总的切削力即为此3个变形区切削力之代数和。计算方法中考虑了刀具前角、刀具刃口半径、切削厚度、材料力学性能等多方面实际因素,发现纤维方向角、刀具前角、切削厚度等因素均对切削力的变化有较明显的影响。经计算值与实验数据对比,发现两者间有较好的一致性。

基于断裂韧性的切削力指数模型分析研究

在分析现有切削力模型的基础上,提出建立同时包含材料断裂常数、刀具几何参数和工艺参数的切削力模型。在AdvantEdge软件中模拟Ti6Al4V合金正交切削过程,使用SPSS拟合得到包含前角、切削速度、切削深度和进给量的切削力指数预测模型。经分析刀具前端裂纹塑性区的Irwin模型认为,塑性区长度和屈服强度平方的比值是切削力的综合反映,与拟合的切削力指数模型常数相比较可知,两者近似相等,从而构建了包含断裂韧性、刀具几何参数和工艺参数的切削力指数模型。通过切削实验对切削力模型进行检验可知,实验结果和预测结果的误差控制在5.6%以内,较好地拟合了切削过程的切削力。通过引入裂纹前端Irwin塑性区模型,将断裂韧性引入到切削力指数模型常数中能简便准确地预测切削力,说明切削过程中不仅要考虑塑性变形的影响,还要考虑断裂现象,才能更全面地解释切削过程。

带圆弧型卷屑槽刀具的直角干切削动态传热模型

分析了带圆弧型卷屑槽刀具在正交干切削加工过程中切削热的产生及分布，建立了剪切功分析模型和切屑动态传热模型，并结合刀具传热模型，得出了摩擦热在切屑和刀具间的能量分配比Ｒｆ和切屑、刀具内动态温度分布的理论计算方法。

工艺参数对CFRP切削次表面损伤的影响

研究了工艺参数对CFRP加工温度及次表面损伤的影响,开展了包含刀具前角、后角以及切深3种工艺参数在6种纤维切削角(Fiber cutting angle,FCA)下的直角切削试验,并测量了切削温度。结果表明,前角的增加会减小刀具挤压作用从而减小切削力与表面温度。在θ=90°时,前角与后角的增加会有效抑制次表面损伤的出现;在θ=120°时,前角增大会造成次表面纤维弯折角减小与纤维断裂损伤明显增加;在θ=150°时,弯曲断裂会造成明显的锯齿状加工表面,前角与后角的增加均能有效减少次表面损伤的产生。切深的增加会导致切削力和加工表面温度增加,并显著增加次表面损伤。

基于直角自由切削的木塑复合材料切削质量研究

为探究不同刀具前角与切削厚度对木塑复合材料直角自由切削加工时切削力、切削温度及表面粗糙度的影响,采用直角自由切削方式,以3种不同因素水平设计12组试验,使用高速摄像机、压电测力仪、红外热成像仪分别进行切屑形态拍摄、切削力和切削区域温度的测定。结果表明:刀具前角与切削厚度会直接影响切削力、切削温度及表面粗糙度,且随着切削厚度的不同会产生不同形态的切屑。切削力、切削温度越大,表面粗糙度值也越大,即加工表面质量越差;切削力与切削温度越小,则加工表面质量越好。使用较小前角刀具加工较大切削厚度时,产生连续型切屑时的切削力、切削温度及表面粗糙度均大于使用较大前角刀具进行较小切削厚度加工时产生不连续型切屑时的值。因此,在木塑复合材料实际生产加工过程中,粗加工时可选择大切削厚度快速切除多余材料,精加工时则采用较大刀具前角和较小切削厚度以获得更好的加工表面质量,提升生产效率。