基于纳米流体冷却的钛合金车削温度场分析

车削钛合金时加工区温度高,会降低工件表面质量、加剧金刚石车刀磨损。可使用雾化纳米流体喷射等冷却方式改善车削环境,提高钛合金表面的加工质量和金刚石刀具的耐用度。基于ABAQUS仿真软件建立Ti 6Al 4V钛合金材料模型,研究不同冷却方式下切屑和刀具的温度变化规律,并进行钛合金车削试验对仿真结果进行验证。结果表明:车削钛合金时使用雾化纳米流体喷射方式降温效果良好,切屑和刀具表面最高温度分别为168℃和142℃,相比于普通冷却方式的温度下降了约70%。在稳定切削状态下的切屑和刀具温度仿真和试验结果误差在5%以内,仿真结果合理。

刀具材料及其磨损对钛基复合材料车削温度的影响

对钛基复合材料车削时的车削温度和刀具磨损形态进行试验研究,结果表明,在相同条件下,两类刀具的切削温度随切削速度上升而提高,且在较低速度范围内随切削速度增大车削温度上升趋势明显,较高速度范围内上升趋势较缓;随着刀具磨损量从VB=0mm上升至VB=0.2mm,虽然硬质合金K313刀具的切削温度上升幅度小于PCD刀具,但PCD刀具的切削温度始终远小于硬质合金K313刀具,且PCD刀具的耐用度远好于K313刀具;PCD刀具的磨损形式以磨粒磨损为主,而K313刀具以粘结磨损为主。

车削温度多元回归模型的试验研究

采用控制变量法对工件进行不同车削参数下的车削试验,利用红外测温仪实时采集车刀刀尖附近的温度,得到不同车削参量下的温度-时间曲线及温度均值。基于最小二乘法拟合得到了车削温度均值关于车削速度、进给速度、背吃刀量的多元回归模型,分析了车削温度均值与3个车削参数的相关性。研究表明,在给定车削条件下该回归模型能基于车削参数较好地预测车刀温度均值。

刀具磨损状态对车削温度影响的试验研究

采用单因素试验法对3种不同磨损状态的刀具分别进行了不同切削要素下的车削试验,利用红外测温仪及其采集系统获得了刀尖车削温度的时变规律。研究结果表明:在相同车削参数和工件尺寸的车削试验中,初期磨损的刀具温度随时间缓慢增加;中期磨损的刀具在小车削深度下温度随车削时间缓慢升高,其温度略高于初期磨损刀具,而在较大车削深度下,温度随时间变化显著;

TC4钛合金高速车削温度与车削振动特性的试验研究

对TC4标准试件进行单轴拉伸试验,得到了钛合金材料的基本力学性能参数。通过非接触式红外热像仪、三向振动加速度传感器以及振动信号采集仪同步采集了TC4钛合金试件的车削温度和车削振动信号,得到了试件在给定车削参数下刀尖附近的车削温度和车削振动的时域曲线,结合试验数据分析了车削参数对车削温度、三向振动加速度及切屑形貌的影响,基于灰色关联度理论分析了车削温度和车削三向振动加速度之间的关系。研究表明:1)钛合金材料高速车削时的温度明显高于普通材料,基于各次试验所得车削温度最高值及三向振动加速度最大值的统计分析,二者的变化趋势基本一致;2)随着相关车削参数值的升高,试件车削温度的最高值也随之升高,对应三向振动加速度的最大值变化也更为剧烈;3)相同车削条件下,随着进给速度的增大,试件切屑更为粗糙且颜色更深;4)车削温度最高值与车削三向振动加速度最大值之间的相对灰色关联度均高于0.8。

粒子群算法优化的车削温度组合预测模型研究

为了研究车削温度与车削振动、车削参数的相关性,搭建了车削温度-车削振动同步测试系统。通过车削试验,利用红外测温仪及三向加速度传感器采集了车刀刀尖附近的车削温度及车削振动时域信号,分析了不同车削参数下振动加速度及车削温度特征值的变化规律。基于车削温度均值与车削参数的响应面图及等高线图分析,得到了背吃刀量是影响车削温度升高的主要因素。根据试验数据,基于指数惯性权重粒子群算法,建立了车削温升均值关于车削参数、单向振动均方根值的3个回归模型;然后综合考虑3个振动方向和3个车削参数的影响,建立了基于拟合优度赋权组合预测方法的组合模型;由3个单项模型的标准误差确定权重,建立了由3个单项预测模型及相关权重表示的车削温升均值线性组合模型。组合预测模型的相关系数为0.87,大于3个单向回归模型的相关性系数,表明组合预测方法能够较好地预测车削温升,为刀具状态监测提供理论指导。

铝合金7075车削温度的有限元研究

切削温度对切削加工有很大的影响。在Deform-3D中建立了铝合金7075的车削有限元模型,以切削用量为因素设计了正交试验方案,对车削加工进行仿真研究。通过数据处理,得到了切削用量对切削温度的影响程度、最优水平组合及影响的显著性。依据正交试验结果,建立了车削温度预测模型并进行了拟合优度和回归显著性检验,结果表明:车削温度预测模型和实验数据的拟合优度非常好,回归方程效果显著。

TC21钛合金数控车削参数多目标优化研究

为实现TC21钛合金数控车削加工表面粗糙度达标和车削温度可控,利用中心复合试验法设计试验方案,并对试验结果进行极差分析和加工机理分析,以明确车削参数对加工结果的影响规律。基于响应面法建立表面粗糙度和车削温度的单目标预测模型,并通过统计学分析验证预测模型的精度。运用NSGA-Ⅱ遗传算法计算多目标最优车削参数,经实际加工对比验证得出:利用多目标最优车削参数加工所得的表面粗糙度和车削温度与预测值相符,且均满足实际工程要求。

车削过程的三维有限元数值模拟

根据三维有限元法,提出车削过程弹塑性大变形的热-力耦合模型,并模拟了超细晶WC硬质合金车刀对AISI-1045碳钢的车削.车削工艺参数为:前角-5°、车削速度1×103mm/s、车削深度1.0mm、车削宽度3.0mm、进给量0.5mm/s.通过车削温度场与应力场的三维有限元模拟,分别得到刀-屑接触区最高温度、车削力与进给力相对车削位移的变化规律.由模拟结果发现,通过改善车刀结构,刀-屑接触区平均温度峰值由430℃下降为365℃;车削力平均值由1500N降至1400N.结果表明,三维有限元模拟可有效地仿真实际车削工艺环境,为优化车削工艺提供参考.

车削系统的热-力-振动特性研究综述

车削加工中产生的应力变形、车削热、车削振动等现象相互耦合且随时间不断变化,研究车削过程中车削系统的热-力-振动特性对于深入了解车削机理、改善车削加工质量、提高生产效率具有积极的意义。本文分别对车削力学特性、车削热、车削振动的国内外研究现状进行了概述和总结,学者们侧重于车削要素对车削振动、应力及车削温度影响的试验及数值模拟研究,在热-力-振动耦合特性方面,车削热和车削应力的耦合研究成果较多,而关于车削振动与车削热、车削振动与车削应力的综合研究有待进一步加强。

基于ABAQUS的车削过程有限元模拟及分析

针对斜角车削的特点,建立了其三维有限元模型,运用ABAQUS有限元软件对AISI-1045钢车削过程进行力-热耦合模拟分析,并将其仿真结果与经验及理论结果对比,验证了该模拟方法的有效性,对进一步开展车削加工精度控制研究具有一定的指导意义。