风冷条件下淬硬钢切削过程的仿真与试验
干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验_林峰
第31卷第1期暨南大学学报(自然科学版)V o.l 31 N o.12010年02月Journal of Ji n an Un iversity (Na tura l Sc i e nce)Feb . 2010[收稿日期] 2009-05-31[基金项目] 广东省自然科学基金项目(8151063301000004)[作者简介] 林 峰(1962-),男,副教授,硕士;研究方向:金属材料与加工工艺.E-m ai:l gzli n feng @163.co m干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验林 峰(广东技术师范学院,广东广州510635)[摘 要] 建立了基于拉格朗日增量法的切削有限元模拟模型并分析了正交干切削6061-T 6过程中切削力以及切削温度的变化.工件材料的流动应力看成是应力、应变以及温度的函数.模拟过程从刀具切入工件开始直到达到稳态.计算结果包括切屑形态,以及应变、应力、应变速度和温度的分布.同样条件下的多组切削试验用于验证有限元模型的正确性.[关键词] 干切削; 有限元; 铝合金[中图分类号] TG 501 [文献标志码] A [文章编号] 1000-9965(2010)01-0048-04Experi m ental and nu m erical study of cutti ng forces andte mperature fiel ds when dry turni ngLIN Feng(G uangdong P o l y techn ic N o r m alU n i v ers it y ,G uang z hou 510635,Ch i na)[Abstract] A Lag range finite e le m entm odel is presented that si m u lates cutti n g forces and te m perature distri b u ti o nsw hen ort h ogonal turning alu m i n um alloy .The effect of t h e large stra i n ,strai n -rate and te m -perature assoc iated w ith cutting on the m ateria l properties is taken into accoun.t The m ode l predicts ch i p geo m etry ,stress ,stra i n and te m perat u re d istri b uti o n i n he wo r kp iece ,ch i p ,and too.l Cutti n g exper-i m ents w ere perfor m ed to vali d ate the m ode.l[Key w ords] dr y t u rn i n g ; fi n ite ele m ent m ethod ; a l u m i n um a lloy 切削液带来很多不利因素,许多种类的切削液都含有危害环境的化学元素,容易污染接触人员的皮肤和肺部;切削废液很难处理,回收使用的经济成本很高[1].近年来,随着人们对环境保护的关注程度逐渐提高[2-3],许多加工企业开始尝试一种的绿色切削工艺)干切削[4-6].虽然干切削是一种较为环保的加工工艺,但是由于此前工业界对干切削的研究相对较少,许多的重要的问题都还没有探索清楚[7].铝合金是航空航天工业中使用极为广泛的结构材料.其中,6000系列的铝合金用量最大.6000系列铝合金具有很好的耐腐蚀性能,在经过热处理之后,强度约提高30%,其硬度和抗疲劳特性大大增强.为了理解和改善6061-T6铝合金切削特性以及提高加工质量,本研究主要探讨6061-T6铝合金干切削过程中的切削力、切削温度的测量和建模分析工作.1 有限元建模1.1 网格模型以及边界条件本研究假设正交切削过程为平面应变,假设工件材料的在垂直于XOY 平面上的厚度为1mm.刀具和工件的网格划分结果如图1所示,材料的变形过程采用拉格朗日增量法描述.工件材料为A l 6061-T6,刀具材料为高速钢,在模拟过程中,刀具看成是刚性的.刀具和工件分别划分约为5000和8000个单元.由于工件下底边界在加工过程中产生的变形非常小,故在本研究中认为下底边界在x,y 两个方向都没有位移.同时,在实际切削过程中,待切削加工层在切削方向长度往往比较大,故可以认为远离切削点位置的材料所受的影响很小.因此,在本研究中,工件右侧边界也被认为没有x ,y 两个方向的位移.图1 正交切削加工的有限元分析模型1.2 材料模型材料的流动应力主要与应变、应力以及温度相关.本研究中,假设6061-T6铝合金是刚塑性的,它的屈服行为可以用Von M ises 准则来进行描述.流动应力可以看成是以应变、应力以及温度为变量的函数:R =f( E , E #,t)(1)其中是R 等效应力, E 是等效应变, E #是等效应变速度,t 是温度.图2显示了材料应变速度为104,温度为20、190、345e 时流动应力和等效应变之间的关系曲线.其他应变速度、温度以及应变条件下的流动应力可通过插值方式获得.图2 6061-T6铝合金的流动应力曲线1.3 摩擦模型刀具与切屑之间的摩擦对切屑的形成具有明显的影响.切屑材料在第二变形区强烈的摩擦下进一步发生剪切变形.刀具与切屑之间的摩擦决定刀屑接触长度,并同时影响切削力.简化的刀屑摩擦模型可以用库伦定律来进行描述:t i =m t Y(2)其中t i 是摩擦应力,m 是摩擦系数,t Y 是正应力.1.4 热传导模型切削过程中有大量的热产生.热的来源主要有两个方面:其一为主剪切变形区材料的塑性变形做功;其二为刀屑接触面摩擦生热.本研究采用二维热传到模型分析切削过程中的热传递,其偏微分控制方程如下:k 92t 9x 2+92t 9y 2-Q c L 9t 9x +M 9t9y +ÛQ g =0(3)其中,k 热传导系数,Q 密度,c 比热,ÛQ g 单位体积的热产生速度,可以用下式计算:ÛQ g =MW h ÛW PQ(4)其中,Q 密度,ÛW P 塑性变形速度,W h 是塑性变形做功转化为热能的比率,本研究中取为90%.因刀屑剧烈摩擦接触的产生的分布热流可以计算如下:q f =F t v r(5)其中,F t 是接触摩擦力,v r 是接触面相对滑动速度.另外,本试验在室温环境中进行,热从工件以及刀具外表面与空气发生的对流热传导可以用下式计算:q =h (t w -t o )(6)其中,h =17104W /m 2t 是对流热传导系数,t w 是工49第1期林 峰:干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验件温度,t o 是室温,t 取为20e .图3直观地显示了不同的热产生位置以及对流热传导边界条件.图3 热产生及热传导边界条件.2 模拟分析结果以及讨论本研究模拟分析了6061-T6铝合金在3种进给量(0115、0120、0125mm /s)、5种切削速度(015、110、115、210、215m /s)以及4种刀具前角(0b 、10b 、20b 、30b )条件下的切削状况.模拟分析可以得到各种切削条件下工件的应变、应力、应变速度以及温度分布情况.图4(a)显示了稳态切削条件下切屑材料的加工硬化以及残余应变状况.塑性应变最大值2194位于切屑的内侧面,该位置表明材料在经历第一和第二变形区后,剪切应变达到最大.图4(b)和图4(c)分别显示了等效剪切应力以及等效应变速度的分布.最大等效剪切应力达到592M Pa ,出现在刀刃附近的剪切变形区.值得一提的是:从等效剪切应力的分布图中可以看出,模拟分析结果显示剪切变形发生在一个有限的区域,而不是大多数理论分析模型中假设的单一剪切面.图4(c)显示了等效应变速度分布.图4(d)显示了工件、切屑以及刀具的温度分布,最高温度为292e ,位于前刀面上远离刀刃约一倍切削深度的距离处.另外,观察发现本研究中各种速度、进给量以及前角相互组合的切削条件下,最高温度的位置及其分布特性具有相似性.3 试验研究本研究中的试验条件与模拟分析中采用的一致,以便进行比较.采用测力仪测量切削力,采用工件-刀具之间构成的自然热电偶测量刀屑接触界面平均温度.本试验中,刀具和工件构成热电偶的两个配对材料,其中刀屑接触面构成热端,远离刀屑接触面的其他位置构成冷端.为了保证冷端的温度接近室温,每个切削试验持续切削时间很短.图4 工件材料的应变、应力、应变速度以及温度分布不同切削速度下的温度测量结果如图5所示,图上同时显示了模拟计算值和试验测量值.由于刀具-工件构成的自然热电偶只能测量两者接触界面的平均温度,所以模拟计算温度取的也是平均温度.50暨南大学学报(自然科学版)第31卷从图上可以发现,试验测量值与模拟计算值之间具有较好的一致性.图5 不同切削速度条件下,切削温度试验值与模拟分析值的比较.另外,本研究还测量切削速度为2m /s 条件下,切削力随刀具前角的变化(图6).从图上可以观察图6 不同前角条件下,切削力的试验值与模拟计算值之间的比较得知,在本研究的切削参数范围中,试验得到的切削力数值与模拟计算结果具有很好的一致性. 本文建立了热力耦合平面应变正交干切削的有限元分析模型.并用该模型分析了AL6061-T6的切削过程.该模型能够预测切削过程中工件材料的应变、应变速度、应力、温度分布以及切削力.采用与模拟过程相同的切削条件进行实验验证,比较发现:模拟分析得到的切削力以及刀屑界面的平均温度具有很好的一致性,但是,切削条件下,材料的本构关系难以精确获取,在某种程度上限制了模拟计算的精度.[参考文献][1] S REEJI TH P S .M ater[J].L ett ,2008,62:276-278.[2] FENG S C ,HATTOR IM.P ro c o f the i nte rnati ona lw ork -shop fo r env iron m en t consc i ousm anufacturing -I CE M-2000[C].Septe m be r ,2000.[3] S R EEJI TH P S ,NGO I B K A.M ate r Process[J].T ech -no ,l 2000,101:287-291.[4] LACALLE L D,LAM I K IZ A.P roc InstiM ech[J].Eng ,2001,215:1257-1269.[5] CSELLE T.T he 10comm and m ents of dry high -speedm a -chi n i ng Am er i canM ach i nist[C ].1998:66-74.[6]BR I NK S M EIER E ,W ALTER A,J AN SSEN R,et a.lP roc InstiM ech[J].Eng ,1999,21:769-778.[7] R IC HARDSON D J ,KEAVEY M A,DA ILAM I F .T ools&M anu fac[J].Int J M ach,i 2006,46:1139-1145.[责任编辑:黄建军]51第1期林 峰:干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验。
淬硬钢模具曲面铣削有限元仿真及试验研究
０ 引 言
模具用于制造汽车覆盖件时ꎬ具有结构尺寸大、
表面硬度大、型面特征复杂多样等特点[１ －３] ꎮ 在汽 车覆盖件模具铣削加工过程中ꎬ刀具受到较大的交 变载荷ꎬ时变的切削力会加快刀具刃口的磨损ꎬ进而 会降低刀具的使用寿命ꎬ同时会使加工工件的表面
关键词:淬硬钢模具ꎻ曲面铣削ꎻ有限元仿真ꎻ铣削力ꎻ参数优化 ＤＯＩ:１０. １５９３８ / ｊ. ｊｈｕｓｔ. ２０１８. ０５. ００８ 中图分类号: ＴＧ５０１ 文献标志码: Ａ 文章编号: １００７－ ２６８３(２０１８)０５－ ００４０－ ０６
３Ｄ ＦＥＭ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ Ｍｉｌｌｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｈａｒｄｅｎｅｄ Ｃｕｒｖｅｄ Ｍｏｌｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｃｕｒｖｅｄ ｍｏｌｄꎬ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｃｏｎｔａｃｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｕｔｔｉｎｇ ｔｏｏｌ ａｎｄ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｗｉｌｌ ｃａｕｓｅ ｌａｒｇｅｒ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｃｅꎬ ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ａｎ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｏｏｌ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ������ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｙｐｉｃａｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌꎬ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｃｈｉｐ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎꎬ ｔｈｅ ３Ｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｌｌｉｎｇ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｆｏｒｍ￣３Ｄ������ Ｔｈｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ ｗａｓ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｃｕｔｔｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ａｎｄ ｔｉｍｅ������ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓꎬ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｒｕｌｅ ｏｆ ｍｉｌｌｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｉｌｌｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ������ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ������
基于ABAQUS的不锈钢材料切削过程的模拟与数值分析
华中科技大学硕士能和化学性质在航天、航海、核设备方面有广 阔的运用。由于不锈钢材料的难加工性，使得其加工过程中切削效率低和零件的加 工表面质量不高，同时刀具磨损严重。这些问题都成为了制约不锈钢材料加工发展 的障碍，成功的克服这些问题同时也将对提高其它难加工材料的加工水平提供参考， 对我国的装备制造业的发展有着重要的意义
不锈钢材料由于本身的材料塑性大，导热能力差，容易导致加工硬化等问题使 得其加工性能较低，具体表现在加工过程中存在着刀具切削力大，加工温度过高， 加工过程易粘刀，不容易断屑等问题。同时不锈钢作为难加工材料中有代表性的一 种，成功的克服其加工过程中所遇到的这些问题将有助于提高其他难加工材料如钛 合金等的加工水平，对我国制造加工等重要部门的发展有着重要意义。
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
In this study, different cutting parameters on cutting force, cutting temperature and chip effects for the right-angle cutting and milling process were respectively researched.
II
独创性声明
在切削过程中建模与仿真刀具的磨损
在切割过程中建模与仿真刀具的磨损摘要对于研究了不同刀具的磨损类型实验和分析方法仍然是主要方式。
数值方法和模拟的快速进步，联系到越来越强大的计算机的存在可能会使用有限元法研究刀具磨损。
这项工作的主要目的是提出一种新的方法来预测在切割过程中刀具磨损的操作。
特别是，能源的消耗，连接刀具磨损量与摩擦消耗所使用的能量。
另外，在诱导切削残余应力和由于磨损的机理使工具几何形状变化之间的相互作用做调查。
为了进行这项研究中，它被提交到刀具磨损的测量实验中，特别是在失量切割中。
正交切削操作使用商用有限元软件ABAQUS/ Explicit的数值模拟。
©2013的作者。
由Elsevier B.V. 发布。
根据第14届CIRP大会上的国际科学委员会负责选择和同行审查在会议的人的加工操作。
关键词：刀具磨损;数值模拟;切割;切屑形成;1.介绍、刀具磨损在加工操作中对经济有很大的影响同时也影响表面加工完整性。
事实上，刀具磨损影响刀具寿命和最终产物中的残余应力的质量。
对于这些raisons对刀具的磨损很多调查都能在文献[1-2-3]中找到。
刀具在正交切削下的磨损模拟的开发要么是验证磨损的机理。
要么是在这些模拟中，研究人员往往会更好地理解刀具磨损的残余应力对最终产物的影响[4]。
在一些研究[5-6]的在一个子程序实现刀具磨损模型，是相对的像磨损和扩散特定的磨损机理磨损。
因此，在本次调查中，具体机制被认为在很大程度上影响了磨损现象。
事实上，刀具的磨损受几个不同类材料的附着力、侵蚀、腐蚀、磨料和断裂。
在切割过程中，刀具几何形状的改变受刀具磨损的影响。
此更新的刀具几何形状主要是参照，在数值仿真，通过该工具面节点的运动[7]。
这个方法是使用一个特定的子程序的评估切削变量，如温度，正常压力，并且在正交切削模拟中每个节点工具滑动的距离。
在这之后，其他子程序启动征收节点的运动。
现有磨损模型可分为两个类型：第一种是切削参数、刀具寿命型，这样的泰勒公式，第二个是切割过程中的变量通常是基于一个或若干磨损机制[8]。
淬硬模具钢磨削加工实验研究
淬硬模具钢磨削加工实验研究林权【摘要】使用金刚石砂轮对高耐磨空淬冷作模具钢Cr12Mo1V1进行磨削加工实验,研究在一定试验条件下,进给速度、磨削深度等磨削工艺参数对加工中的磨削力的影响,研究不同加工条件对Cr12Mo1V1的表面粗糙度的影响.为高耐磨淬硬模具材料高效的成型磨削加工提供参考依据.【期刊名称】《宜春学院学报》【年(卷),期】2010(032)008【总页数】3页(P21-23)【关键词】Cr12Mo1V1模具钢;磨削;工艺参数;磨削力;表面粗糙度【作者】林权【作者单位】武夷学院,福建武夷山354300【正文语种】中文【中图分类】TG144Abstract:The writer uses the diamond grindingwheel to make the grinding experiment on the high wear-resistance,air quenching and coldworkmould steelCr12Mo1V1 to study the impactof such processparameters as feeding speed and grinding depth on the grind2 ing force under certain conditions and the effectof the processing conditionson the surface roughness ofCr12Mo1V1 in order to provide references for the form grinding of highwear-resistance quenched mould materials1Key words:Cr12Mo1V1 Mould Steel;Grinding;Process Parameter;Grinding Force;Surface RoughnessCr12Mo1V1又称D2、SKD-11,属高合金冷作模具钢,其平衡组织为莱氏体,锻造退火后的组织为索氏体+块粒状碳化物。
金属切削加工过程的有限元建模与仿真
江苏大学硕士学位论文金属切削加工过程的有限元建模与仿真姓名：吴勃申请学位级别：硕士专业：计算机科学与应用指导教师：蔡兰20060301４．２切屑形成过程的仿真模型的构造大部分国内的切屑形成过程的有限元仿真都采用的是２．Ｄ模型‘蚓脚’，２．Ｄ有限元模型仅仅适合于萨交切削的仿真，在研究车削、刨削等切削加工时，必须对切削情况进行限定和简化，不仅视觉效果差，更重要的是仿真的范围受到极大的限制，因此，有必要发展３．Ｄ有限元模型来仿真切屑形成过程。
本部分主要采用３．Ｄ有限元模型仿真在正交切削和制刃切削条件下的切屑形成过程，为进一步对各种切削加工方法进行有效的有限元仿真奠定基础。
４．２．１几何模型的建立与网格划分本章主要研究刀具切入工件丌始到稳态切削这段过程的仿真。
采用三维有限元模型进行模拟，所建立的几何模型如图４．６所示。
网格划分可采用三维六面体网格，也可以采用三维四面体网格。
幽４６网格划分图４．２．２材料属性的定义金属材料非线性的本构关系主要分为以下四种类型，即弹塑性、刚塑性、弹粘塑性、刚粘塑性。
有限元模拟的准确性很大程度上取决于本构关系能否真实反映材料的真实特性。
在金属切削有限元仿真中，采用弹塑性材料模型时，既有塑性变形又有弹性变形，较为符合会属切削过程的真实情况。
本课题中，为了保证仿真结果的更接近于实际情况，工件材料选用弹塑性模型，而刀具属性定义为刚性。
为了与实验结果进行比较，工件材利根掘需要选择相应材料。
与实验加工的材料相对应，输入丁Ｆ交材料属性（杨氏模量、泊松比、材料密度等），以及ＪｏｈｎｓｏｎａｎｄＣｏｏｋ的经验模型公式中的参数Ａ、Ｂ、ｎ、Ｃ和ｍ。
江苏人学硕十学何论文４．２．３施加约束与载荷假定工件在切削过程中为无限长。
而在仿真模型中的工件不可能很长，否则计算效率会很低，必须用长、高都不大的工件代替，用必要的约束来模拟真实工件的边界条件。
当研究切屑形成过程中的现象时。
女ｎＸ，ｊ应力、应变、应变率和温度进行研究，以及对切屑卷曲现象进行研究时。
淬硬钢GCr15高速切削仿真对比分析
———————————————收稿日期：2018－08－13淬硬钢GCr15高速切削仿真对比分析赵成喜1，赵书强1，刘国雨2（1.大连海洋大学 应用技术学院，辽宁 大连 116300； 2.瓦房店冶金轴承集团有限公司，辽宁 大连 116300）摘要：针对淬硬钢 GCr15 难切削问题，应用专业仿真切削软件对比模拟分析了PCBN 和Al 2O 3(3Y)两种刀具二维切削状态下的切削性能。
在相同的刀具几何参数和干式切削加工条件下，两种刀具的X 向切削力基本相同，Al 2O 3(3Y)刀具的Y 向切削力较大，切削力波动情况明显大于PCBN 刀具，刀头等效应力最大值分布范围较大，且主要集中在刀具的后刀面靠近主切削刃处。
Al 2O 3(3Y)刀具切削温度明显高于PCBN 刀具，高温分布区域较大且主要集中在前刀面靠近切削刃处。
研究结果表明，PCBN 刀具与Al 2O 3(3Y)刀具相比，更适合淬硬轴承钢GCr15的干式切削加工。
关键词：GCrl5；Al 3O 2(3Y)；PCBN ；切削仿真 中图分类号：TP391.9文献标志码：Adoi ：10.3969/j.issn.1006-0316.2019.01.008文章编号：1006－0316 (2019) 01－0036－05Comparison and Analysis of GCr15 High Speed cutting Simulation for Hardened SteelZHAO Chengxi 1，ZHAO Shuqiang 1，LIU Guoyu 2( 1.College of Applied Technology, Dalian Ocean University, Dalian 116300, China;2.Wafangdian Metallurgical Bearing Group Limited, Dalian 116300, China )Abstract ：Aiming at the difficult cutting problem of hardened steel GCr15, the cutting performance of PCBN and Al 2O 3(3Y) cutting tools under two dimensional cutting conditions was analyzed by using professional cutting simulation software. Under the same geometric parameters and dry cutting conditions, the X-direction cutting force of the two kinds of cutting tools is basically the same as that of Al 2O 3(3Y) cutting tools, and the Y-direction cutting forces of the two kinds of cutting tools are larger, and the fluctuation of cutting forces is obviously greater than that of PCBN tools. The maximum equivalent stress of the cutter head is distributed in a large range, and is mainly concentrated on the cutting surface of the tool near the main cutting edge. Al 2O 3 (3Y) cutting tool The cutting temperature is obviously higher than that of PCBN tool, and the high temperature distribution area is large and the cutting surface is mainly near the cutting edge. The results show that Al 2O 3(3Y) tool is more suitable for high speed dry cutting of quenched bearing steel GCr15 than that of Al 2O 3(3Y) tool. Key words ：GCrl5；Al 3O 2(3Y)；PCBN ；Cutting simulation淬硬钢GCrl5是典型的耐磨和难加工材料，经淬火处理后硬度高达50～65 HRC 。
低温冷风切削加工45~#钢的建模与仿真
Ｍ ｏ ｌｎ ｎ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｕ ｔｎｇ ４ ｓ ｅ ｌｃ ｏ ｅ ｙ ｃ ｌ ｉ ｄｅｉ ｇ ａ ｄ ｓｍ ｌ ｔｏ ｆ ｃ ｔ ｉ ５ ｔ ｅ ｏ ｌｄ ｂ ｏ ｄ ａ ｒ
ＬｎＱ ｏｇ Ｚ ａ ｇＺ ｅ ｘ ｎ Ｗａ ｇＱｕ ｈｎ ｉ ｉ ｈ ｎ ｈｎ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｉ ｅｇ ｃ
常用 的 有 限 元 软 件 有 Ａ Ａ Ｕ ， Ｎ Ｙ ，Ｄ Ｆ Ｒ Ｂ Ｑ ＳＡ ＳＳ ＥＯ Ｍ
色切 削 技 术 ， 温 冷 风 切 削 是 其 中 的 一 种 典 型 技 低 术 ¨ 。但是 ， 温冷 风 对金 属 切 削 过程 的影 响 是 多 低 方面作 用 的结 果 ， 过实 验手 段单纯 分析 低温冷 风 的 通
ｅｆｃｅ ｔ ｆ ｉｎ ｌ ｈ ｗｅ ｅ ｔｈ ｓ ｌ ｔｅ ｅｆｃ ｎ ｔ ｅ ｍａｎ ｃ ｔｉ ｇ ｆｒ ｅ Ｔｈ ｏ ｄ ａｒ ｃ ｔｉ ｇ ｓｍ ｕ ａｉｎ ｏ ｅａ ｉ ｙ， ｏ ｖ ｒ ｉ ａ ｉ ｌ ｆｅ ｔｏ ｈ ｉ ｕ ｔｎ ｏ ｃ ． ｔ ｅ ｃ ｌ ｉ ｕ ｔｎ ｉ ｌｔｏ ｆｍ ｔｌ ｂ ｓ ｄ ＯｌＤＥＦＯＲＭ 一 Ｄ ａ ｅａｉ ｅｙ ｈ ｇ ｅｉｂｉ ｔ ． ａｅ ｉ ３ ｈ ｓ ａ ｒ ｌｔｖ ｌ ｉ ｈ ｒ ｌａ ｌ ｙ ｉ
ｓｅ ｌｗａ ｏ ｋ Ｆ ｔ ｅ ｓｔ ｏ ＥＭ ｉ ｌｔｏ ｏ ｃｕｄ ｎ ｒ ｕｔｎ ｎ ｏｄ ａｒｃ ｔｉ ｇ，ｔ ｅ ｈ ｕ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ａ ｄ ｓｍｕ ａ ｉｎ ｃ ｎ ｌ ｉ ｇ ｄ ｙ ｃ ｔ ｇ ａ ｄ ｃ ｌ ｉ ｕ ｔｎ ｉ ｈ ｎ ｔ ｅ ｃ ｔｉ ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ ｎ ｎｇ
X38CrMo16模具钢模坯淬冷温度场仿真与参数选择
淬冷温度场仿真 二,淬冷温度场仿真 1,计算方法 热传导方程 : 初始条件: 初始条件: 边界条件 :
( 1)
( 2)
( 3)
计算对象:1700mm╳280mm╳650mm 模坯 计算对象:1700mm╳280mm╳
上一张 下一张
退 出
2,计算步骤 1)对象简化和离散化: 对象简化和离散化:
上一张 下一张 退 出
2)瞬态温度场 2)瞬态温度场
(a)Surface
(b)Transverse section in center length
Fig.4 The transition temperature field of X38CrMo16 mould steel bloom quenched at 1040℃ in oil for 2000s(Unit :℃)
上一张 下一张 退 出
3)模坯角部(No.1)和心部(No.2)冷却曲线 3)模坯角部 模坯角部(No.1)和心部 和心部(No.2)冷却曲线
油淬空冷转化时机 : (1)有限元法=40~46min (2)厚度法 =58~64min (3)等效厚度(体积/表面积)法 =31min 40~46min油淬空冷工艺基本 油淬空冷工艺基本 上消除了先前模坯淬裂和心 部未淬硬缺陷 ! Fig.7 The cooling curves of corner(No.1) and core(No.2) of X38CrMo16 mould steel bloom quenched at 1040℃ in oil.
上一张 下一张
退 出
(2)采用温度场仿真技术可以实现了工件淬冷过程 (2)采用温度场仿真技术可以实现了工件淬冷过程 的预演和工艺参数的虚拟设计, 的预演和工艺参数的虚拟设计,极大地减少了新 材料和新产品热处理试验的盲目性, 材料和新产品热处理试验的盲目性,其结果可作 为淬冷工艺参数设计和选择的依据之一. 为淬冷工艺参数设计和选择的依据之一.
风冷却切削实验与仿真及刀具设计的开题报告
风冷却切削实验与仿真及刀具设计的开题报告一、研究背景和意义随着制造业的发展和全球经济的不断增长，机械加工工业已成为不可或缺的一部分。
而且，现代机械加工已经向高效高质量的方向发展。
在机械加工加工过程中，切削工具是最为关键的切削元件之一。
刀具的质量和切削实验控制条件直接影响到加工的效率和精度。
目前，风冷却技术已经成为现代机械加工技术的主流之一。
通过采用风冷却技术，可以有效地降低切削温度，提高生产效率，延长刀具寿命，并减少对环境的污染。
风冷却技术的现代应用出现在20世纪90年代，随着编程控制和高速运转的发展而得以广泛应用。
在风冷却技术的先进发展过程中，研究人员已经取得了很多有益的成果。
但是，在实际应用中，由于刀具设计和切削实验的方法不够准确，使得风冷却技术并没有完全发挥其应有的效果。
因此，进一步研究风冷却切削实验与仿真及刀具设计问题显得非常重要和迫切。
二、研究内容和研究方法1.研究内容本文主要研究风冷却切削实验与仿真及刀具设计方面的问题。
主要包括：（1）风冷却切削实验方法和技术的研究和探讨，通过实验方法和技术探究风冷却切削机理和切削过程；（2）风冷却切削仿真技术的研究和探讨，通过仿真模拟分析风冷却切削过程的动态特性和稳定性；（3）风冷却切削工具设计方案的研究和探讨，确定刀具的材料和结构设计方案，以提高刀具的性能和使用寿命。
2.研究方法（1）实验研究方法：通过搭建风冷却切削实验系统，并应用数字仪器仪表进行数据采集和分析，探究风冷却切削机理和切削过程；（2）仿真分析方法：利用有限元软件建立风冷却切削仿真模型，并对切削过程进行仿真分析，研究切削过程的动态特性和稳定性；（3）工具材料和结构优化设计方法：通过研究工具材料的性能参数和结构参数，确定合适的刀具材料和结构设计方案，以提高刀具的性能和使用寿命。
三、预期成果和应用价值1.预期成果（1）提高对风冷却切削实验与仿真及刀具设计问题的认识和理解；（2）探索风冷却切削机理和切削过程的动态特性和稳定性；（3）确定刀具的材料和结构设计方案，以提高刀具的性能和使用寿命。
硬态干式切削过程的有限元仿真
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ １ ３ ９
硬 态干式切 削过程的有限元仿真
胡世 军 ， 一 ， 王瑞哲 ， 袁 铭 ， 梁 东旭 ２张代 录
ｉｎ ｆ ｉ ｓ ｈ ｉ ｇｐ ｎ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｓｔ ａ ｏ ｐ ｌ ｓｔ ａ ｃ ｉ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ｒ ｆｍ ｏ ｅｔ ａ ｌ ｅｆ ｄ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｅｄ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｆＡ ｏ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ ａ ｎ ｄ
关键词 ： 硬态干式切削 ； Ａ Ｂ Ａ ＱＵ Ｓ； 等效应力 ； 等效塑性应变 ； 温度场 中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｇ Ｓ ０ １ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ｌ 一 ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ｌ １ － ０ １ ３ ９ — ０ ３
７ ３ ０ ０ ５ ０ ； ７ ３ ０ ０ ５ ０ ） （ １ ． 兰州理工大学 数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室 ， 甘肃 兰州 ２ ． 兰州理工大学 机 电工程学院， 甘肃 兰州
摘
要： 硬 态干式切 削是近期 发展起 来的一种先进 的切削加 工ห้องสมุดไป่ตู้术 ， 其具有 良好 的加工柔性、 经济性和环保性能， 是精加
ｔ ｅ ｈ ｃｔ ａ ｕ ａ ｌ ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｉ ｔ ｇ ａ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｐ ｉ ｅ ｃ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｍｏ ｅｌ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ— Ｃ ｏ ｏ ｋ ｐｌ ｓｔ ａ ｃ ｍｏ ｉ ｅｌ ｄ Ｓ ｈ ｅ ａ ｒ
淬硬Gcr15轴承钢高速切削仿真及切屑形成机理研究
淬硬Gcr15轴承钢高速切削仿真及切屑形成机理研究
难加工材料因其优异的机械性能已成为航空航天领域和民用工业领域中极具应用前景的材料,然而由于其加工性能差,制约了该类材料的推广应用。
高速切削技术作为难加工材料的有效加工技术之一,深入研究难加工材料高速切削机理在高速切削基础理论研究中占有重要地位,对于难加工材料的高效低耗加工也同样具有重要的推动作用。
本文通过有限元仿真软件Abaqus/Explicit6.11,以淬硬Gcr15轴承钢为研究对象,创建了高速正交切削有限元模型；采用理论分析、有限元仿真与试验数据相结合的方法,对高速切削过程进行研究,主要内容如下：本文选用圆弧刀具进行仿真,研究分析了高速切削过程中,不同的切削参数、刀具参数以及摩擦系数对切削力、切削温度和剪切角的影响规律,并深入分析其原因；以绝热剪切理论为基础,提出了高速切削锯齿化临界切削条件的判定依据；提出了锯齿化频率、锯齿化尺度衡量、锯齿底角和锯齿顶角三个用以描述锯齿形切屑的几何特征,并分析了切削速度对其的影响规律；通过仿真研究分析了锯齿形切屑以及绝热剪切带的形成过程,并给予了合理的验证和解释；研究了切削厚度、刀具前角以及材料的机械物理性能对于锯齿形切屑的影响。
在本文中,通过对部分切削参数的仿真结果与已有试验数据进行对比,两者具有良好的吻合,验证了所建有限元模型在一定程度上是合理的。
利用有限元模拟准确性的提高可以代替部分试验研究所带来的不便,从而促进高速切削理论的深入研究。
淬硬钢材料高速切削过程的有限元仿真
淬硬钢材料高速切削过程的有限元仿真摘要院基于对切削原理的深入研究，建立了金属切削过程的热力耦合有限元模型。
基于DEFORM-3D 软件平台，模拟了金属切削加工过程，得到了刀具和工件上的等效应变、温度场、刀具磨损的分布规律，仿真结果同实验对比分析误差在10%以内。
Abstract: In this paper, the finite element models of metal cutting were first discussed systemically, based on metal cutting theroy.Based on the platform of finite element software DEFORM-3D, the processes of metal cutting were simulated and the laws of distributiondisclosed for equivalent strain field, temperature field and toolwear were got. The error of the prediction is about 10%. The model has beenvalidated by simulation results to be reliable.关键词院有限元法；切屑成形仿真；材料模型；仿真预测Key words: FEM；chip formation simulation；material model；simulation prediction中图分类号院TG506.1 文献标识码院A 文章编号院1006-4311（2014）10-0028-020引言高速加工（High Speed Machining，HSM）技术是一项先进的、具有广阔应用前景的制造工艺。
高速切削作为一种先进切削加工技术，近几年在航空、汽车、电子、模具等制造业中显示出明显的技术优势，受到国内外越来越广泛的关注[1]。
难加工金属材料切削加工过程物理仿真与试验研究
学校代号 10532 学号 S1******* 分类号 TG506 密级公开硕士学位论文难加工金属材料切削加工过程物理仿真与试验研究学位申请人姓名付杰培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称王伏林副教授学科专业机械制造及其自动化研究方向数字化制造论文提交日期 2013年4月25日学校代号：10532学号：S1*******密级：公开湖南大学硕士学位论文难加工金属材料切削加工过程物理仿真与试验研究学位申请人姓名：付杰导师姓名及职称：王伏林副教授培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械制造及其自动化论文提交日期：2013年4月25日论文答辩日期：2013年5月25日答辩委员会主席：周志雄教授Physical simulation and experimental research on the cutting processof difficult to cut metallic materialFU JieB.E. (China Three Gorges University) 2010A thesis submitted in partial satisfaction of theRequirements for the degree ofMaster of EngineeringinMechanical Engineeringin theGraduate SchoolofHunan UniversitySupervisorAssociate Professor WANG FulinMay, 2013湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
多硬度淬硬钢铣削加工的三维数值模拟
多 硬 度 淬 硬 钢 铣 削 加 工 的 三 维 数 值 模 拟
口 朱海军 口 王扬渝 口 程金强 浙江工业大学 特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室 杭 州 ３ １ ０ ０ １ ４ 摘 要： 应 用斜 角铣 削过程 中的三维热一 力耦合模型 ， 对 多硬度拼接淬硬钢铣 削加工过程进行数值
ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｄ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｔ ｝ ｌ ｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ １ ．
复 杂 非 线 性 过 程 ，如 果 只 采 用 试 验 手 段 ，不 仅 需 要 消
以 只 需 研 究 塑 性 形 变 。加 工 工 件 可 以 认 为 是 一 个 不 可
压 缩 的 弹 塑 性 体 。当前 ， 应用 最 广泛 的是 Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ — Ｃ ｏ ｏ ｋ
材 料模 型 （ Ｊ Ｃ模 型 ） ［ 。 本 构 方 程 的表 达 式 为 ：
文 章 编号 ： １ ０ ０ ０ — ４ ９ ９ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ０ １ ３ — ０ ５
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｅ ３ Ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍｏ — ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｂ ｅ ｖ ｅ ｌ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ
浅谈切削加工过程的仿真
加工过 程 的仿真 结果 如图 ７ ～
图９ 示。 所
一
的研究方法等。但同时机械加工
仿真还有其 自身特点 ，下面对其进 行简要介绍。
１ 削轨 迹 的仿 真 ，可 以 方 便 ． 切 地检 查切 削 轨 迹 的 合 理 性
例如 ，根据加工表 面的形状 ， 确定 采取 行切法还是螺旋 切法 ：对
Ｏ ｍ ０ ＩＸ１ ｍ 的内壁 。根 ｌ 用使 的在提高产 品性能和精度的同 层 。几何模 型层 主要是指零件 的三 １ Ｏ ｍＸ８ ｍｌ ５ ｍ 时也提 高了产品 的成本。为 了保证 维模型 。运 动学模型是指在几何层 据要求添； ｏｋｔｎ操作 ，选择设 ￣Ｐｃｅｉｇ
本 文 介绍 了
维普资讯
Ｍｏ ｅ Ｍ翁 秘 ｄ ｍ ｕ
警
现 代 制 造
浅谈切削加工过程的仿真
口 同济大 学 何强国
机械 加 工 是严 品制 造 的一 个 重 模。加工资源的建模包括 了机床 ，
下 面 来 看 加 工 资 源 和 工 艺
Ａ Ｉ 提 要环节 ，是保证实现几何形状和表 工、夹、刀、量具的三维建模及 它 参 数 的选 择 。 机 床选 用Ｃ Ｔ Ａ
削提供借鉴。切削
加工过程的仿真节
约了试验成本，缩
短了试验时间。 是
种方法虽然仍行之有效 ，但一般要
现需要加工一个盒形零件 ，零
花 费大量 的人力、物力和 时间来完 件 毛 坯 为 ｌ ０ ｍＸｌ ０ ｍＸ２ ｍ ， ５ ｍ ２ ｍ ０ ｍ
先进制造技术的必 成 。随着现代Ｃ ＤＣ ＨＣ Ｐ技术 的 毛坯 三维模型如 图 １ Ａ ／Ａ ／Ａ Ｐ 所示 ，零件三 要手段。 发 展 ，很 多的Ｃ Ｄ Ａ 软件 已经有加工 维模型如 图２ 示。 所
金属切削温度分布计算机仿真及其实验研究报告
金属切削温度分布计算机仿真及其实验研究--《佳木斯大学学报(自然科学版)》1993年02期本文献来源中国知网 作为“二维正交金属切削温度分布计算机仿真理论分析”的续篇。
本文介绍了关于刀—屑界面和刀具—工件—切屑系统温度分布的计算机仿真程序与结果,并且在较宽的切削速度范围内,在不同的前角等切削条件下以45°为例进行了实验验证.【作者单位】：佳木斯工学院机械制造工程系;哈尔滨建工学院【关键词】：仿真;温度分布;程序;实验;有限元素【DOI】：cnki:ISSN:1008-1402.0.1993-02-000【正文快照】：O引言金属切削是最常用的机械加工方去.在切削过程中,刀具作用于工件.造‘成剪切、滑移、摩擦与挤压,切削区内及其附近金属发生弹性变形和塑性变形.不但加剧刀其磨损,还直接导致工件温升,甚至出现尺寸超差和废品.因此.研究和预报切削温度.并由此选择合理的切削条件和参数,实现As the companion article“Computer Simulation of Temperture Distri- bution in 2—D Orthogonal Metal Machining:Theoretical Analyses”,this paper intro- duces the computer simulatiom programmes and the results.With a relatively wide rangof cutting speed and various rake angles,the experimental verification was also made, taking 0.45% carbon steel as an example.【Keyword】：Simulation;Temperature distribution;Program;Experiment;Finite element二维正交金属切削温度分布计算机仿真理论分析顾立志;杨丽芬本文作为金属切削计算机仿真的一部分,讨论了二维正交切削中切削热的产生与传出特点,研究了包含工件、刀具和切屑的系统温度分布,并推导了基于有限元法的稳态切削温度场刚度矩阵方程式。