钛合金薄壁件铣削过程有限元仿真分析

钛合金薄壁件铣削过程中,刀具角度对铣削过程中的工件变形、铣削力、铣削振动等影响显著。为减轻刀具磨损延长刀具寿命,通过ABAQUS软件建立钛合金Ti6Al4V薄壁件铣削过程仿真模型,以铣削力和铣削温度为评价指标,采用单因素和正交法分析了刀具前角、后角及螺旋角对铣削力和铣削温度的影响规律,并对铣削力仿真结果进行试验验证。仿真结果表明:前角增大,铣削力减小,铣削温度呈波动趋势变化;后角增大,铣削力减小,铣削温度先减小后增大;螺旋角增大,最大轴向力增大,最大切向力缓慢减小,最大径向力基本不变,铣削温度先减小后增大。通过正交试验和极差分析,明确不同因素对指标影响程度的主次顺序和因素的最优水平组合。     

CFRP铣削有限元模型建立及切削力仿真分析

为探索碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铣削加工过程中切削力与工艺参数之间的映射关系,建立CFRP铣削加工有限元仿真模型并对切削力进行分析。基于ABAQUS软件通过定义材料属性、材料失效模型、纤维铺层数和纤维方向建立了CFRP铣削加工二维有限元仿真模型,并对该模型进行了实验验证。基于该模型,分析了切削力与纤维方向角、铣削速度、每齿进给量和刀具前角等工艺参数之间的映射关系。仿真结果表明:纤维方向角从0°增大到90°,切削力呈现降低趋势,而纤维方向角从90°增大到180°,切削力呈现增大趋势。随着切削速度和每齿进给量的增大,切削力随之增大,而随着刀具前角增大,切削力随之减小。     

一类流线型曲面高效数控铣削加工方法研究及应用

针对一类典型流线型曲面——叶片的高效数控铣削加工方法研究,提出了基于加工系统动力学仿真分析的高效切削参数优化技术,该方法是提高切削加工效率,保证零件加工精度和表面质量的有效手段.首先,辨识得到加工零件材料的铣削力系数;其次,利用锤击试验分别得到机床-刀具系统及弱刚性零件结构的动态特性,同时利用有限元方法进行模态分析,并与试验结果进行对比分析,可辅助验证锤击试验结果的正确性,在此基础上仿真得到铣削颤振稳定域曲线,然后对建立了基于加工系统动态稳定性的高效数控铣削加工参数优化系统进行高效铣削参数优化;最后,依据优化的铣削参数制定零件铣削加工工艺,试验得到了加工质量合格的叶片,其加工效率较传统方法有显著的提高.     

立式铣刀结构参数分析与加工仿真研究

航空航天领域大量使用的薄壁叶片等复杂曲面零件,多采用立式铣削方法加工制造。增大刀具与工件接触可以提高加工效率,但刀具的结构参数对铣削质量影响较大。建立铣削力学模型,对立式铣削加工进行分析,确定铣削加工过程中的主要影响因素是铣刀螺旋角、铣刀直径和铣刀刃数。采用AdvantEdge FEM软件,以单变量因素进行铣削有限元仿真,分析铣削力、加工形变、应力应变等影响。结果表明:铣刀螺旋角增大,铣刀半径增加,铣刀刃数增加,可有效地改善刀具应力和形变,增强刀具振动的稳定性,提高加工质量。     

16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢铣削加工切削力仿真与实验研究

为了获得超高强度钢铣削过程中切削力的变化规律,分别基于有限元仿真软件ABAQUS和DEFORM,建立了16Co14Ni10Cr2Mo超高强度钢铣削加工有限元仿真模型并进行了模拟仿真和铣削验证实验,研究了刀具几何参数和铣削参数对切削力的影响规律。结果表明:切削力随前角增大而降低,随后角增大变化不大,其中前角影响较为显著;切削力随铣削速度增大而减小,随每齿进给量、铣削深度和铣削宽度的增大而增大,其中铣削深度和铣削宽度影响较为显著。刀具几何参数的最佳取值范围为:前角6°~8°,后角12°~14°。     

高速铣削铝合金7055铣削力和铣削温度的仿真研究

采用有限元分析软件AdvantEdge模拟了航空铝合金7055高速铣削过程,获得了单个刀齿高速加工中铣削力变化曲线,预测了不同切削时间下工件及刀具上的温度分布,获得了刀具前刀面和后刀面的温度分布曲线;建立了高速铣削参数对铝合金7055铣削力和铣削温度的影响曲线,可辅助优化切削加工参数,有助于减小切削过程中刀具的磨损,改善刀具切削状态,提高刀具使用寿命.     

基于Z-map模型的球头铣刀铣削力建模与仿真

对球头铣刀铣削力建模进行了研究。在Z-map仿真模型的基础上,提出了识别加工中参与切削的切削刃单元的方法,通过考虑刀具偏心和刀具变形对瞬时切削厚度的影响,推导出了瞬时切削厚度的表达式,由铣削力和切削负载之间的关系,建立了球头铣刀三轴铣削力仿真模型。铣削力仿真计算与铣削实验的对比表明在考虑刀具偏心和刀具变形后所建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测。     

基于有限元CFRP多次铣削过程中面下损伤研究

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)因其优越的性能被应用于航空航天领域.对于CFRP切削加工研究,目前主要集中在单次铣削上,但在实际加工中多次铣削策略被广泛应用,而多次铣削对面下损伤的影响是不可忽略的.为了解决这个问题,利用VUMAT子程序建立三维Hashin失效准则及CFRP多次铣削有限元模型.通过试验验证了仿真模型...     

基于应变梯度理论的微槽铣削顶端毛刺仿真与实验研究

通过编写用户材料子程序Vumat将修正的本构模型应用于Abaqus微槽铣削仿真,研究工件材料的尺寸效应对微槽顶端毛刺尺寸的影响,并与实验结果进行对比。结果表明,修正的本构模型可以更好地体现微槽铣削过程中材料的尺寸效应,提高了有限元仿真的精度。     

碳纤维复合材料振动辅助制孔有限元仿真建模研究

碳纤维复合材料广泛应用于航空航天、国防、医疗等领域,针对碳纤维复合材料制孔过程中出现的入口剥离、出口分层、撕裂与毛边等质量问题,结合振动辅助切削对制孔工艺进行改进。为了有效预测碳纤维复合材料振动辅助制孔工艺的效果,结合碳纤维复合材材料本构模型进行振动辅助制孔有限元仿真建模研究。借鉴已有的复合材料本构模型,构建了碳纤维复合材料力学模型;针对仿真碳纤维复合材料在制孔过程中的分层现象,提出了黏性层模型用于模拟复合材料层间损伤,并建立了有限元仿真模型;通过在刀具边界条件上施加振动模式,实现了振动辅助制孔的有限元仿真建模。将建立的有限元仿真模型的仿真结果与已有文献试验结果进行了比较,验证了所建的有限元仿真模型的正确性,并对比分析了普通钻削制孔与振动辅助钻削制孔的仿真结果。最后得出结论:采用振动辅助钻削碳纤维复合材料可以有效地降低轴向力,抑制毛刺和分层产生。     

限制接触切削过程力热特性仿真及试验研究

316L奥氏体不锈钢因其优良的力学性能和耐腐蚀性在航空航天领域被广泛应用,但其加工硬化现象严重,刀–屑接触环境恶劣,导致刀具寿命严重缩短,影响加工效率。本文将通过有限元仿真与试验相结合的方法研究限制接触刀具对切削过程中力与热特性的影响。通过建立限制接触切削的有限元仿真模型,探究加工参数和限制接触参数对切削性能的影响,并阐明了变限制接触结构在切削过程中的作用机理。结果表明,变限制接触结构能有效减小切削力与切削温度,并改善奥氏体钢的切削性能。其中梯形限制接触结构改善切削性能效果最好。该结果在切削试验中得到验证,并证明了有限元仿真的可靠性,为新型限制接触刀具结构的优化提供理论基础。     

高速铣削淬硬钢刀具刃口对表面粗糙度影响试验研究

采用立式铣刀及球头铣刀进行高速铣削Cr12MoV淬硬模具钢表面测试试验研究,利用KEYENCE超景深显微镜获得刃口半径,利用正交试验设计方法,分析刀具刃口半径及切削参数对高速铣削淬硬钢表面粗糙度的影响规律。结果表明:在铣削平面过程中,刀具刃口半径对工件表面粗糙度有显著性影响;而在铣削曲面时,刀具刃口半径对表面粗糙度的影响并不显著。     

淬火钢铣削加工的研究

通过对45号、30CrMnSiA为主的淬火钢(硬度HRC35-50)铣削加工的研究,分析了淬火钢铣削过程中各影响因素,优化了切削参数,确定了适合加工淬火钢的刀具几何参数及材料,明确硬质合金刀具加工淬火钢时,应该采用油雾冷却,为以后的淬火钢铣削加工提供依据和指导。     

钛合金铣削刀具/工件接触区域温度预测

钛合金（Ti-6Al-4V）因其优良的综合性能广泛应用于航空航天领域中,然而由于其导热系数低、弹性模量低等特性,铣削加工过程中刀具/工件接触区域温度过高,从而导致刀具磨损严重,影响已加工表面质量。因此研究切削过程中刀具/工件接触区域温度具有重要意义。从切削机理出发,将切削区域的3个热源等效为螺旋线热源,其中热流密度计算类比铣削力预测模型中铣削力计算方法,提出包含铣削热系数的热流密度计算模型,并通过实验标定铣削热系数,结果表明热流密度随切削厚度增加接近于线性增加。建立刀具/工件接触区域温度预测模型,通过半人工热电偶测温实验对模型的可行性与准确性进行了验证,实验值与预测值的相对误差在10%之内。提高了刀具/工件接触区域温度的计算精度,并为切削参数的合理选择提供理论基础。     

Technological Research on Milling of Quench Steel

通过对45号、30CrMnSiA为主的淬火钢(硬度HRC35-50)铣削加工的研究,分析了淬火钢铣削过程中各影响因素,优化了切削参数,确定了适合加工淬火钢的刀具几何参数及材料,明确硬质合金刀具加工淬火钢时,应该采用油雾冷却,为以后的淬火钢铣削加工提供依据和指导.     

基于不同前角的航空铝合金切削过程分析

为合理选用刀具前角,研究前角变化对航空铝合金7050-T7451切削过程的影响.对前角影响进行理论分析,并借助有限元软件ABAQUS/Explict建立热力耦合的平面应变正交切削模型,采用Johnson-Cook材料本构关系及失效准则模拟不同刀具前角时切屑的形成过程,对比分析了前角变化对切屑形态、切削力和切削温度的影响.仿真结果表明,大前角的刀具有利于改善切削过程,但为避免产生带状切屑,合理的前角范围应为8°～l6°.通过对两种方法的分析结果对比,验证了有限元模型的准确性,对实际加工具有一定的指导意义.     

薄壁件周铣过程中材料去除效应的快速仿真

 针对薄壁件铣削过程加工误差预测,建立了一种快速有效的材料去除仿真模型,即利用工件的原始有限元网格模型,直接使用径向切削量的名义值进行材料去除效应模拟,将被切除网格单元的单元刚度按被切除体积与该单元初始体积的百分率等效修正。该模型既无需进行工件网格重划,又可以很好地保证仿真精度,极大地简化了处理流程,提高了计算效率。应用实例的计算结果和试验结果比较,表明了该模型的有效性和实用性。     

高压冷却下切削高温合金刀具应力分布研究

高温合金广泛应用于航空航天等领域,是一种典型的难加工材料。PCBN是一种超硬刀具材料,在加工高温合金时性能优异,但切削过程中存在刀具磨损和破损严重等现象。高压冷却是一种新的冷却方式,能够有效减小机械冲击,并影响刀具应力分布,因此研究高压冷却下的刀具应力分布具有重要意义。首先建立高压冷却下刀具应力模型,为高压冷却下刀具应力变化规律提供理论基础;其次采用有限元方法,对不同冷却条件、切削用量和冷却压力的刀具应力分布进行仿真结果分析,获得不同切削条件对刀具应力的影响规律;最后进行高压冷却试验,分析切削力、刀具应力分布及刀具破损变化规律,为高压冷却下高效加工高温合金和刀具优化等提供一定的技术基础。     

基于Box-Behnken设计的高速铣削TC11钛合金切削力预测模型研究

为了优化TC11钛合金高速铣削过程中的铣削参数,基于Box-Behnken响应曲面设计,采用硬质合金刀具在乳化液冷却条件下进行了TC11钛合金高速铣削实验,建立了三个方向切削力预测模型,对所建模型进行了方差分析,并对模型中系数进行了显著性检验。实验结果表明:在实验参数范围内,所建立的二阶多项式切削力预测模型是有效的;切削力随铣削速度增加而降低,随每齿进给量、铣削深度和铣削宽度升高而升高;铣削深度对切削力影响最为显著。     

切削过程有限元仿真研究进展

得益于高性能计算机和软件技术的发展,数值仿真为深入理解切削过程、研究刀具磨损、提高加工表面质量等提供了强大的技术支持。总结了现有几种本构模型的特点,对构建切削仿真有限元模型中的几个关键问题进行了分析和总结,综述了有限元仿真技术在金属切削过程中切屑形成研究、切削温度和切削力、刀具磨损、刀具优化和残余应力预测以及加工表面显微组织演变模拟等方面的研究成果。最后,系统地分析了切削过程有限元仿真研究中存在的问题,探讨了该研究领域未来的发展趋势和需要进一步探索的热点问题。