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7N01铝合金高速斜角切削过程中的切屑演化机理

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表面技术 2022年第3期51卷 167-177页

作者：于晓王优强张平宋爱利徐创文青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266525 山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 青岛黄海学院智能制造学院山东青岛266427

目的研究高强铝合金高速斜角切削参数对切屑形态及演化规律的影响,探究切屑形态转变的内在机理,为延长刀具使用寿命、改进加工工艺提供理论依据。方法基于通用有限元软件建立7N01铝合金高速斜角切削三维数值模型,利用加工中心、三向... 详细信息

目的研究高强铝合金高速斜角切削参数对切屑形态及演化规律的影响,探究切屑形态转变的内在机理,为延长刀具使用寿命、改进加工工艺提供理论依据。方法基于通用有限元软件建立7N01铝合金高速斜角切削三维数值模型,利用加工中心、三向测力仪进行切削试验,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对切屑形貌进行表征,结合有限元仿真结果,探明切屑演化机理。结果在刃倾角为15°、切深为2 mm及进给量为0.9mm/z的切削参数下,当切削速度低于900m/min时,切屑宽度方向首先与刀刃接触的一侧有较为明显的撕裂或出现边缘锯齿状毛边现象,此时切削力波动剧烈,结合撕裂区微观组织和有限元分析,发现该侧应力和温度水平明显高于另一侧,循环拉-压塑性变形是导致切屑锯齿状毛边的主导因素。当切削速度高于700 m/min时,材料的热软化效应增强,绝热剪切带来的热塑性剪切失稳占据主导作用,切屑边缘锯齿状毛边逐渐消失,沿切屑的厚度方向出现了明显的绝热剪切带,即形成了锯齿状切屑,并且锯齿化程度随着切削速度的提高而加剧。结论斜角切削时,切屑形态会随着切削速度的变化而发生转变,切削加工中的热-力耦合作用是切屑演化的主要原因,2种锯齿状切屑均会带来切削力的波动,影响表面质量,在实际切削加工过程中要尽量避免。

关键词： 7N01铝合金斜角切削切屑形态热力耦合

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斜角切削过程的三维热—弹塑性有限元分析

计算机集成制造系统 2009年第5期15卷 1010-1015页

作者：白万金吴红兵董辉跃浙江大学机械与能源工程学院浙江杭州310027

基于大变形理论和虚功原理,建立了斜角切削加工过程的三维热-弹塑性有限元模型。分析和研究了涉及切削加工有限元模拟的关键技术。采用通用有限元求解器ABAQUS/Explicit对斜角切削过程进行了有限元模拟,分析了切削过程中切屑的形成过程... 详细信息

基于大变形理论和虚功原理,建立了斜角切削加工过程的三维热-弹塑性有限元模型。分析和研究了涉及切削加工有限元模拟的关键技术。采用通用有限元求解器ABAQUS/Explicit对斜角切削过程进行了有限元模拟,分析了切削过程中切屑的形成过程及其形貌、三维切削力的变化情况,以及应力、应变、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律。通过与试验数据的比较,证明了所建立有限元模型的正确性。斜角切削过程的三维热—弹塑性有限元模拟研究为铝合金高速切削加工的工艺参数优化、刀具几何参数的合理选择提供了参考。

关键词：斜角切削有限元分析热—弹塑性刀具

基于斜角切削模型的弧齿锥齿轮加工残余应力仿真分析

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机械传动 2023年第9期47卷 96-102页

作者：王浩张丰收蒋闯河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

针对成形法铣齿加工弧齿锥齿轮大轮,对切削速度、切削深度、进给速度等切削用量对加工表面残余应力的影响规律进行了研究。根据成形法切削加工弧齿锥齿轮的特点,建立斜角切削有限元三维仿真模型,对齿轮的切削加工过程进行模拟分析,运用... 详细信息

针对成形法铣齿加工弧齿锥齿轮大轮,对切削速度、切削深度、进给速度等切削用量对加工表面残余应力的影响规律进行了研究。根据成形法切削加工弧齿锥齿轮的特点,建立斜角切削有限元三维仿真模型,对齿轮的切削加工过程进行模拟分析,运用单因素法分别模拟了切削速度、进给速度、切削深度以及冷却液对工件表面残余应力的影响。由模拟仿真结果得知,弧齿锥齿轮斜角切削已加工表面残余应力沿层深呈“勺形”分布且表面为残余拉应力,亚表面为残余压应力,表面切向残余应力大于轴向残余应力;表面残余拉应力会随进给速度和切削速度的增大而增大,残余应力的层深随进给量的增大而加深,切削深度对残余应力的影响不明显;添加冷却液能够降低表面的残余拉应力。研究为弧齿锥齿轮切削加工残余应力分析提供了理论参考。

关键词：弧齿锥齿轮斜角切削残余应力有限元仿真

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镍基高温合金斜角切削的仿真研究

工具技术 2022年第6期56卷 99-103页

作者：孔林雁吴建民上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海市201620

针对难加工材料镍基高温合金切削力大以及难排屑等问题,在ABAQUS有限元分析软件中建立三维斜角仿真模型,模拟镍基高温合金的切削加工过程。研究斜角切削状态下镍基高温合金材料的去除机理和切屑形成,通过正交试验和单因素试验,分析在不... 详细信息

针对难加工材料镍基高温合金切削力大以及难排屑等问题,在ABAQUS有限元分析软件中建立三维斜角仿真模型,模拟镍基高温合金的切削加工过程。研究斜角切削状态下镍基高温合金材料的去除机理和切屑形成,通过正交试验和单因素试验,分析在不同切削参数下流屑角以及三维切削力的变化情况。采用有限元分析方法对镍基高温合金的三维斜角切削过程进行仿真研究,降低了研究成本,为镍基高温合金高效切削加工提供了理论参考。

关键词：镍基高温合金有限元仿真斜角切削切削力

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斜角切削的热力建模与仿真分析

中国机械工程 2010年第20期21卷 2402-2408页

作者：李炳林王学林胡于进李成刚华中科技大学武汉430074

提出了斜角切削热力模型。用等效平面方法把不等分剪切区的直角切削理论延伸并应用于斜角切削中,等效平面的方位由定义的等效平面角来确定。使用坐标变换法分析了斜角切削几何参数之间的关系。建立了剪切区剪切速度、剪应变、剪应力和... 详细信息

提出了斜角切削热力模型。用等效平面方法把不等分剪切区的直角切削理论延伸并应用于斜角切削中,等效平面的方位由定义的等效平面角来确定。使用坐标变换法分析了斜角切削几何参数之间的关系。建立了剪切区剪切速度、剪应变、剪应力和温度分布的控制方程,在考虑了工件材料加工硬化和热软化影响的条件下,由材料的Johnson-Cook本构方程预测出了剪切区的流动应力。计算了一定加工条件下的切削力,计算结果与已有文献斜角切削实验数据具有较好的一致性,同时,试验表明所提出的斜角切削模型适合于立铣切削力的预测。

关键词：斜角切削切削力流动应力热力模型

考虑刀具跳动的可转位面铣刀运动学分析与铣削力模型

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机械工程学报 2024年

作者：刘德伟李长河秦爱国刘波陈云张彦彬青岛理工大学机械与汽车工程学院成都工具研究所有限公司四川新航钛科技有限公司青岛卡沃斯智能制造有限公司

铣削力是监测刀具状态的重要切削信号，精准预测铣削力能够有效感知刀具磨损状态。然而，刀具跳动与几何特征耦合作用下，刀片与工件干涉机制发生改变导致铣削力模型精度不能满足智能感知需求是当前工业应用的技术瓶颈。基于此，提出考... 详细信息

铣削力是监测刀具状态的重要切削信号，精准预测铣削力能够有效感知刀具磨损状态。然而，刀具跳动与几何特征耦合作用下，刀片与工件干涉机制发生改变导致铣削力模型精度不能满足智能感知需求是当前工业应用的技术瓶颈。基于此，提出考虑刀具跳动的铣削力数学模型。首先，研究刀具跳动影响下的刀片几何模型，基于几何学与微元法确定刀片实际切削面积。其次，基于加工运动学揭示刀具跳动与几何特征耦合作用影响下的刀片与工件干涉几何关系，分析瞬时未变形切削厚度，建立考虑刀具跳动的可转位面铣刀铣削力数学模型。进一步的，基于斜角切削理论分析铣削力系数标定方法，确定了铣削力系数。最后，通过铣削ZG32MnMo试验验证模型的准确性并数值分析刀具跳动对切削力的影响。结果表明，考虑刀具跳动的理论模型与试验值对比铣削力最低值、最高值、幅值、平均值的预测误差平均值分别为7.0%、7.3%、8.3%、7.0%，相较于传统的铣削力模型精度分别提高了46.4%、13.0%、36.4%、13.2%。考虑刀具跳动的铣削力数学模型为感知刀具磨损状态，提高加工状态稳定性提供了理论依据。

关键词：铣削刀具跳动铣削力运动学斜角切削

刀—屑摩擦对斜角切削切屑流动特性影响的仿真研究

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同方期刊数据库

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兵工学报 2010年第11期31卷 1491-1497页

作者：吕明郭建英太原理工大学机械工程学院山西太原030024 太原理工大学矿业工程学院山西太原030024

采用显式有限元程序,对不同刀—屑摩擦系数时的斜角切削过程进行三维仿真实验,研究切屑在前刀面上的流动特性,刀—屑摩擦对切屑流动方向和螺旋卷曲半径的影响规律和作用机理。结果表明,斜角切削时,切屑从切削刃处以倾斜方向流出,然后沿... 详细信息

采用显式有限元程序,对不同刀—屑摩擦系数时的斜角切削过程进行三维仿真实验,研究切屑在前刀面上的流动特性,刀—屑摩擦对切屑流动方向和螺旋卷曲半径的影响规律和作用机理。结果表明,斜角切削时,切屑从切削刃处以倾斜方向流出,然后沿前刀面产生侧向弯曲,因此切屑流出速度方向与刀刃法向的夹角逐渐增大;当切屑与前刀面分离后,形成螺旋卷屑排出。刀—屑间摩擦力的分布情况是引起切屑在前刀面上产生侧向弯曲的主要原因。随着刀—屑摩擦系数的增大,切屑在前刀面上侧向弯曲曲率减小,而切屑螺旋卷曲半径增大。而且,刀具前角越小,刀—屑摩擦对切屑流动特性的影响越大。

关键词：机械制造工艺与设备斜角切削流屑特性刀—屑摩擦有限元法

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基于斜角切削的曲线端铣切削力建模

机械工程学报 2016年第9期52卷 184-192页

作者：罗智文赵文祥焦黎高守锋刘志兵颜培王西彬北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室北京100081

切削力预测是制定与优化加工工艺的重要环节。针对曲线端铣加工过程,提出一种基于斜角切削的切削力建模方法。将刀具沿轴向微分,以曲线微分几何计算微元刃上的工作基面。在微元刃的工作法平面参考系中,应用最小能量原理,构建微元刃中力... 详细信息

切削力预测是制定与优化加工工艺的重要环节。针对曲线端铣加工过程,提出一种基于斜角切削的切削力建模方法。将刀具沿轴向微分,以曲线微分几何计算微元刃上的工作基面。在微元刃的工作法平面参考系中,应用最小能量原理,构建微元刃中力矢量、速度矢量、流屑角、法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等切削参数之间的约束。以单齿直线铣削试验对切削参数进行标定,其中法向摩擦角、法向剪切角及剪应力等可表示为瞬时未变形切屑厚度的函数。选取高强度钢PCrNi3MoVA试件,分别进行圆弧和Bézier曲线端铣加工试验。试验结果表明,曲线端铣时切削力的变化与瞬时进给方向和曲线曲率相关。切削力预测值的幅值大小和变化趋势与试验值一致,验证了该切削力建模方法的有效性。

关键词：切削力曲线端铣斜角切削最小能量原理

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基于斜角切削理论的立铣切削力预测研究

中国机械工程 2011年第19期22卷 2283-2288页

作者：李炳林胡于进王学林李成刚华中科技大学武汉430074

为了预测立铣加工的切削力,把立铣刀的切削刃离散为一系列无限小的斜角切削单元。对于每个微元斜角切削单元,应用斜角切削理论来建立切屑通过时剪切区的应力、应变、应变率和温度的控制方程。采用数值方法根据控制方程计算出流动应力,... 详细信息

为了预测立铣加工的切削力,把立铣刀的切削刃离散为一系列无限小的斜角切削单元。对于每个微元斜角切削单元,应用斜角切削理论来建立切屑通过时剪切区的应力、应变、应变率和温度的控制方程。采用数值方法根据控制方程计算出流动应力,并根据斜角切削和铣削之间的力变换关系,把流动应力转化为铣削力。最后,对45钢进行了多组不同切削参数的立铣实验,仿真和实验的对比结果验证了所提出模型的有效性。该方法同样可以用于其他加工方式(如车削和钻削)的建模。

关键词：立铣切削力流动应力斜角切削