铣削加工曲面残余应力有限元分析
薄壁件铣削加工变形的有限元分析
厚度为2mm薄壁件在64000N时UZ方向 厚度为2mm薄壁件在256000N时UZ方向 厚度为2mm薄壁件在1024000N时UZ方向 的变形图 的变形图 的变形图 UZ方向的最大变形为0.230×e-5 m UZ方向的最大变形为0.921×e-5 m UZ方向的最大变形为0.368×e-4 m
由此可知，随着薄壁件上施加载荷的提高，其UZ 方向的最大变形逐渐变大。
厚度为3mm薄壁件在32000N时UZ方向的变 形图 UZ方向的最大变形为0.146×e-6 m
从以上一组图中可知，不同厚度的薄壁件在UZ方向的最大变形分别为0.105×e-5 m， 0.574×e-6 m，0.391×e-6 m，0.224×e-6 m，0.146×e-6 m。由此可知，随着薄壁件 厚度的提高，其UZ方向的最大变形剧烈减小。
指导教师：周丽 学生：叶茂林 学号：0901013233
薄壁零件具有重量轻、强度高、造型美观等突出 优点，在机械加工中尤其在航空产品中被广泛应 用。但薄壁结构受力形式复杂，受力分析难以按 照经典理论进行，且制造过程中极易发生变形、 失稳和振动等问题，非常不利于制造加工，是国 际上公认的复杂制造工艺问题。因此，本文研究 为提高生产率和进一步研究控制薄壁件的加工变 形提供了依据。
第四组位置下厚度为2mm薄壁件在32000N时 UZ方向的应力图 UZ方向的最大应力为 108120 pa
第五组位置下厚度为2mm薄壁件在32000N时 中间位置下厚度为2mm薄壁件在32000N时 UZ方向的应力图 UZ方向的应力图 UZ方向的最大应力为96952 pa UZ方向的最大应力为94934 pa
由此可知，随着薄壁件上施加载荷的提高， 其综合的最大变形逐渐变大。
厚度为2mm薄壁件在1000N时UZ方向的应 力图 薄壁件UZ方向的最大应力为4913 Pa
基于ABAQUS镜像铣削铝合金表面残余应力有限元分析
基于ABAQUS镜像铣削铝合金表面残余应力有限元分析高秋阁;张立强;杨杰;钱栊
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2024(67)6
【摘要】为了分析铣削工艺参数对铝合金的已加工表面残余应力的影响,借助金属切削有限元分析等相关理论,以6061铝合金为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。
采用单因素法对6061铝合金进行镜像铣削仿真,并分析不同的主轴转速、铣削深度、铣削路径对加工的表面残余应力的影响。
研究表明,在铝合金6061加工过程中,对工件表面残余应力影响因素由小到大依次为铣削深度<铣削路径<主轴转速,铣削深度对已加工表面残余应力影响较小,主轴转速对已加工表面残余应力影响最大,镜像铣削最优组比普通铣削形变位移减小33%。
【总页数】8页(P92-99)
【作者】高秋阁;张立强;杨杰;钱栊
【作者单位】上海工程技术大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG5
【相关文献】
1.铣削用量对铝合金已加工表面残余应力的影响
2.铝合金5A06高速铣削加工表面残余应力研究
3.2024铝合金铣削加工表面残余应力仿真研究
4.高速铣削Inconel
718已加工表面残余应力的有限元分析5.7075铝合金铣削残余应力及表面质量试验研究
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螺杆泵定子内螺旋曲面铣削指状铣刀的有限元分析
螺旋曲面 ， 但其加工效率很低 ， 采用指状铣刀加工内 螺旋曲面可大大提高其加工效率 ¨ 。 但是采用指状铣刀提高刀具寿命 、 降
低刀具成本是生产 中亟待解决的问题。由于通过现 有 的测量 手段 很难 直 接 测量 出刀 具 真实 的受 力 、 变 形及模态振型等 ， 所以有 限元方法就被用到加工过 程分析 当 中 Ｅ 。 ３ ３ 有限元方法已经广泛应用于车削加工的分析研
究， 但是， 由于铣削加工的复杂性 ， 人们设法利用有
０ 引言
等壁厚 内螺旋 曲面定 子是 螺杆 泵及螺 杆钻 具 的 重要组 成部 分 ， 内大 多数 采 用 刨 削 的方 式 加工 内 国
限元 的方法来 研究铣 削条 件下 刀具 的受力 及变形 。
１ 仿真条件
应用 有 限元 Ａ ｓｓ软 件仿 真 分 析 的 条件 是 ： ｎｙ 先 根 据指状 铣刀 的几何 参数 和材料 性能 指标 建立指 状
ｖ ｄ ｓａ ｒ ｆｒ ｎ ｅ ｆ ｒｔｅ ｏ ｔｍａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇｐ ｒｍｅｅ ． ｉ ｅ ｅ ｅｅ ｃ ｏ ｐ ｉ ｌ ｏ ｅ ｓｎ ａ ａ ｔ ｒ ｈ ｐ
Ｋｅ ｒ ｓ ｉｎ ｒｓ ｉａ ｓ ｒ ｃ ； ｎ ｅ ｕ ｔｒ ｆ ｉ ｌ ｍｅ ｔｍｅｈ ｄ； ｘ ｍｕ ｅ ｕ ｖ ｌ ｎ ｔ ｓ ； ｘ ｍｕ ｄ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｐ ｒ ｌ ｕ ｆ ｅ ｆ ｇ ｒｃ ｔ ； ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｍａ ｉ ｍ ｑ ｉａ ｅ ｔｓ ｅ ｓ ｍａ ｉ ｍ ｉ・ ｎ ａ ｉ ｅ ｉ ｅ ｒ ｔ ｒ ｏ ｆｅ ｅ ｏ ｈ ｏｔ ｎ；ｅ ｄ ｐ ｒｔ ｔ ｉ ｏ
２１ ０ １年第 ６期（ ２０期 ） 总 ３
文 章 编 号 ：０ ６２７ （０ ）６０ １－３ １０ －９ １ ２ １ ０ －０ ００ １
基于UG的小直径立铣刀应力场有限元分析
基于UG的小直径立铣刀应力场有限元分析作者：刘鹏王好臣引言在模具制造业，用高速铣削加工替代电加工已成为一种发展趋势。
模具型腔精加工的典型工艺为：毛坯粗加工→半精加工→热处理→精加工(高速或超高速铣削)。
在精加工工序中，常使用小直径立铣刀在高转速下进行清角和微细结构加工(小直径刀具在低转速下加工易发生崩刃或断裂)。
由于小直径立铣刀受力时容易变形，导致加工精度缺失，因此对小直径立铣刀铣削力应力场进行有限元分析很有必要。
2 瞬时动态铣削力基本模型圆周铣削加工的几何关系如图1所示。
在此不考虑铣刀的渐进磨损过程。
瞬时动态铣削力可分解为瞬时圆周铣削力dFri。
i(切向力)和瞬时垂直切削力dFri(径向力)，可表示为式中，KS为切向铣削力系数；t I (ψ I ) 为瞬时切削厚度(它是时间的函数)；R为刀具半径；β为刀具螺旋角；c为切削力切向与径向的比例系数；ψi为第i个刀齿上一个切削点的齿位角，其计算公式为：ψi=ψ+θ+(i一1)2π/m，(1≤i≤m，o≤ψ《Ψ，其中：ψ为螺旋滞后角，θ为刀具在dt时间转过的角度，m为刀具齿数，Ψ为刀具切入角，当轴向切削深度为ba时，有：图1 圆周铣削加工的几何关系瞬时切屑厚度及刀具有效前角对动态铣削力的的影响可表示为：周铣加工有不同的加工方式(见图2)。
顺铣和逆铣加工时，每个切削刃的总切削力为式中，Ψe和Ψs为切削刃的起始滞后角和终止滞后角，可按以下两种方法计算：将m个切削刃的切削力累积后，可得整个刀具所受的总切削力为：图2 圆周铣削加工的不同方式3 立铣刀铣削力试验在铣削力试验中，采用Kistler(9257B)三向动态测力仪、电荷放大器(5017B)和A/D转换卡测量在高速切削时不同切削条件(切削速度、切削深度和进给量)下的切削力，铣削力测试系统的工作原理见图3。
该试验获得的切削力还可在应力场有限元分析时用于确定受力边界条件。
图3 铣削力测试系统原理图4 立铣刀的实体建模根据铣刀制造原理，选择以去除材料的方式来建立铣刀模型。
铣削加工切削力的有限元分析与试验
维 正 交模 型 对平 均 铣 削 力 系数 与 瞬 时铣 削 力 系数
进行 分析 。 由于 铣 削 加 工 过 程 为 斜 角切 削过 程 ，并 且 单 齿 的平 面 稳 定 连 续切 削不 便 于 后 续 的 切 削 过 程 中 的弹 性 变 形 、刀 具 偏 心 以 及颤 动 等 造 成 的 影 响 分 析 研 究 ，所 以 建 立 整体 立铣 刀 的切 削 有 限 元 模 型 对 于影 响 因素 的分析 具有 重要 意义 。 本 文 以６ ０ ６ ｌ 铝 合 金 为 研 究 对 象 ，运 用 有 限 元 软 件 建立 了三 刃铝 铣 刀 对 薄 壁 零 件 铣 削 加 工 的 有
限 元仿 真 模 型 ，并 且 重 点 对 其 中的切 削 力变 化 进 行 了详 细研 究 ，从 而 为 薄 壁 零 件 斜 角切 削 的动 态 分析 提供 依据 。
１ 斜 角切 削理论模型
在 实 际切 削 加 工 过 程 中 ， 通 常 车 削加 工 和 铣 削 加 工 都 是 三 维切 削过 程 ，一 般 的三 维 切 削 都 是 刀 刃不 垂 直 于 切 削 方 向 ， 即 为斜 角切 削 。铣 削 加 工 过 程 中可 能 会 出现 几个 刀 刃 同 时对 工 件 进 行 切 削 的情 况 ，并 且 螺 旋 齿 立铣 刀 沿 着 刀 刃 的切 削厚 度也 是不断 变化 的 。 通常理 论上 的斜 角切 削模 型 ，是对 铣削 过程 中 的受 力情 况进 行 了简化 。刀具绕 主轴旋 转 ，在忽 略 刀具 的径 向跳动 以及 制造 系统 的颤动 等影 响 因素 的 前提 下 ，假 定刀具 主切 削 刃上 各单元 受到 的切 削力 是一 致 的 ，现将 单个 切 削刃划 分为 若干 个单 元 ，则 每 个单 元的切 削都是 斜角切 削 ，如 图１ 所示 。
高速铣削立铣刀切削受力的有限元分析
，
侯
，
韩淑 华
内蒙古 包头
0 14 0 10 )
( 内 蒙 古 科 技 大 学机 械 工 程 学 院
直径 铣 刀 高速 铣 削 淬 硬 钢 材 料 的 基 础 上
向切 削深 度
、
，
建 立 了 立 铣 刀 的 实体 模 型
，
，
应 用有限元 软件 A NSY S 仿真
。
，
得 出不 同
每齿进 给量
、
切 削速 度等 ) 立铣 刀 实 际 的受力情况
‘
中图分 类号
TP 39 1 7 2
文献标识码
：
A
文章编号
：
10 0 9
—
94 92
(2 0 0 8 )
06 00 20 03
—
—
1
引言
随着数 控加 工 技 术 的 出现
，
表 1
切 削深 度 改变 时立 铣 刀 所 受载荷
高速 铣 削 以 其高转 优 点 已 经 在 当 今 机 械 加 工 中 占有 重 要
Ａ Ｓ Ｓ本 身 具 备 三 维 建模 能 力 ，但 是 相 比其 他 的专 门 的三 ＮＹ 维 造 型软 件 如 Ｐ Ｅ ｗｌｆｅ ． ，其 建 模 能 力 实 在 太弱 。 ｍ／ ｉ ｉ ２ ｄ ｒ ０等 特 别 是 对 一 些 复 杂 的 结 构 和 曲面 造 型 ，Ａ Ｓ Ｓ很 难 很 好 的 ＮＹ 完成 建模 工 作 ，大 多 数 情 况 需 要 从 建 模 类 软 件 中 导 人 ，然
图 ２ 进给量 Ｏ １ ＝ ． 时铣刀的变形 和等效应力图 Ｏ
（）切 削速 度 ｃ２ ０时立 铣 刀 的变 形 图 ａ ：４
（ ）切 削速 度 ＝ ４ ｂ ２ ０时立 铣 刀 的等 效 应 力 图
残余应力应变释放系数的有限元分析
ＬＩ Ｘｉｏ Ｕ ａ －Ｈｏ ｇ ｎ
（ｎｔｕｅｏ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｇ ａ ｇｉ ｎｖ ｒ ｔ， ａｎｎ ３ ０ ４ Ｃ ｉａ Ｉｓ ｔｔ ｆ ｉ Ｍｅｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅｒ ， ｕ ｎｘ Ｕ ｉ ｓ ｙ Ｎ ｎ ｉｇ５ ０ ０ ， ｈｎ ） ｎ ｅｉ
【 摘 要 】 通过建立 １Ｍ ６ ｎ残余应力盲孔法有限元分析模型 ， 模拟 出孔边应力、 应变的变化情 况。 揭示 了残余应力引起 的孔边应力、 应变变化情况与应 变释放 系数 、 曰值之间的关 系， 并用孔边应 力、 应变的有限元运算结果计算 出Ａ、 Ｂ值。通过应变计 中点应变法、 应变计中点应力法和平均应 变法三种 方法去标定和修正应变释放 系数， 通过对三种方法的比较表 明， 三种方法的计算结果与实验结果相符 ， 且计算精度较高。证实了残余应力有限元模拟的准确性和 、 曰值标定和修正方法的多样性。 关 键词 ： 残余应 力 ； 限元法 ； 变释放 系数 ； 孔法 有 应 盲
ｈｏ ｅ ｍ ｅ ｈｏ ｌ ｔ ｄ
中图分 类号 ： Ｈ１ ， ３ ８ Ｔ ６ ０ ４ ． 文献标 识码 ： ２ Ａ
１ 引言
盲孔 法测量残余应力是 由德 国学 者 Ｊ ｔａｔ １３ ． ｈ ｒ于 ９４年提 Ｍａ
一
原理进行简单介绍。若构件内存在残余应力场和弹性应变场 ，
ｓａｎＣｅ ｃｅｔｆｓ ａｎｒｌ ｅｃｌ ｂ ｔ ｄｒ＆ ｄａｄｒｖ ｅ ｒｕｈｔｅ ｏｏ ｉ ｒｅｋｎｓｏ ｔ ｉ．ｏｆ ｉ ｒ ｅ ａ ａ ｅｓ ａｄ ｅ ｅｉ ｄｔ ｏｇ ｈ ｌｗｎ ｔ ｅ ｉｄ ｒ ｆ ｎｏ ｔ ｉ ｉ ｅ ｓ ｚ ｎ ａ ｎ ｓ ｈ ｆｌ ｇ ｈ ｆ
Inconel718微铣削加工表面残余应力有限元仿真
削实验， 通 过 X 射线衍射法测量不同每齿进给量切削过程中工件进给和垂直进给两个方向上的残余应力. 进 给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为21. 1% ， 平均误差为 8.9% ; 垂直进给方向的表面残余 应力实测值与仿真结果最大误差为31. 0% ， 平均误差为 12. 3% ， 验证了 Inconel 718 微铣削加工三维有限元仿 真模型的准确性. 关 键 词 ：微铣削 ; 镍基髙温合金 ; 残余应力 ; 有限元分析;ABAQUS 中图分类号：TH 161 文献标志码：A 文章编号 ：1005 -3026(2017)02 -0254 -06
摘
要 ：刃 口 圆 弧 半 径 和 每 齿 进 给 量 显 著 影 响 微铣削镍基髙温合金残余应力， 因此进行了基于
ABAQUS 的 Inconel 718 微铣削三维仿真研究. 基 于 J - C 本构方程模拟材料应力应变关系， 得到相同单元在 S11和 S22两个方向的残余应力值， 进而研究每齿进给量对表面残余应力的影响规律. 进 行 Inconel 718 微铣
第38卷第2 期 2017年 2 月
东
北
大
学
学
报
（ 自 然 科 学 版 ）
Journal of Northeastern University( Natural Science)
V ol .38 ,No .2 Feb . 2 0 1 7
doi ：10. 3969/j.issn. 100Байду номын сангаас -3026. 2017.02.021
Inconel 7 1 8 微 铣 削 加 工 表 面 残 余 应 力 有 限 元 仿 真
卢晓红1, 王福瑞1, 路彦君1, 高路丝2
铣削加工中的加工残余应力分析
铣削加工中的加工残余应力分析随着制造技术的发展，越来越多的工艺手段被应用到加工中。
在机械加工中，铣削是一种常见的加工方法。
尽管铣削加工具有高效、高精度和高重复性等优点，但是在铣削加工中会产生一定数量的应力。
这些应力会对零件的使用寿命和性能有很大影响。
因此，对铣削加工中的加工残余应力进行分析和研究，具有很大的实际意义。
铣削加工残余应力的来源铣削加工残余应力的来源有很多，主要有以下几个方面：1. 材料变形：在铣削过程中，由于材料的剪切变形、塑性变形和热变形等，会使材料内部形成一定的残余应力。
2. 外界作用：在铣削过程中，外界的切削力和压力会使工件内部产生应力。
3. 工艺参数：铣削加工中的工艺参数，如切削速度、进给量、切削深度等，会对铣削加工残余应力产生影响。
铣削加工残余应力的影响铣削加工残余应力对零件的使用寿命和性能有很大的影响。
具体表现在以下几个方面：1. 残余应力会使零件在使用中产生变形，从而降低其精度和稳定性。
2. 残余应力会影响零件的疲劳寿命，加速其疲劳破坏。
3. 残余应力会降低零件的耐蚀性能，从而影响其使用寿命。
4. 残余应力会影响零件的尺寸精度和形貌精度。
铣削加工残余应力的分析方法对铣削加工残余应力进行分析，主要有以下几种方法：1. 数值模拟法：利用有限元分析软件等工具，模拟加工过程，从而获取加工残余应力分布。
2. 试验方法：通过试验手段，测量零件内部残余应力。
3. 应力解析法：通过分析零件内部的应力分布规律，推测并确定应力的来源和分布。
铣削加工残余应力的控制方法为了控制铣削加工中的加工残余应力，可以采取以下措施：1. 合理选择刀具，降低切削温度和削屑，从而减少残余应力的产生。
2. 合理控制工艺参数，如切削速度、进给量、切削深度等，调整为较佳的加工参数，减少残余应力。
3. 采用合适的冷却润滑剂，如切削油、冷却剂等，降低切削温度，从而减少残余应力的产生。
4. 采用合适的工艺流程，如预加工、精加工等，以减少残余应力的产生。
床身铣床加工过程中的材料变形与残余应力分析
床身铣床加工过程中的材料变形与残余应力分析床身铣床是一种常见的金属加工设备，用于加工各种零部件和工件。
在加工过程中，材料的变形和残余应力是十分重要的问题。
本文将对床身铣床加工过程中的材料变形与残余应力进行分析。
一、床身铣床加工过程中的材料变形分析在床身铣床加工过程中，材料的变形主要包括弹性变形和塑性变形。
弹性变形是材料在受力作用下发生的可恢复变形，而塑性变形是不可逆的变形。
1. 弹性变形：床身铣床在加工过程中会产生各种力和力矩，如切削力、主轴力、进给力等。
这些力作用在工件和床身上时会引起弹性变形。
具体表现为工件的弯曲、挤压等。
2. 塑性变形：床身铣床加工过程中，切削力是引起材料塑性变形的主要力。
当刀具切削材料时，会发生材料的塑性变形，形成切屑，并将其带走。
这种变形会导致工件尺寸和形状的改变。
需要注意的是，材料的变形不仅受到切削力的影响，还受到材料的性质和几何形状等因素的影响。
因此，在床身铣床加工过程中，需要进行合理的切削参数选择，以减小材料的变形。
二、床身铣床加工过程中的残余应力分析除了材料变形外，床身铣床加工过程中还会产生一定的残余应力。
残余应力是指在加工过程结束后，材料内部产生的应力。
1. 引起残余应力的原因：床身铣床加工过程中，材料被切削时会产生高温。
由于切削过程是非稳态的，高温会导致材料局部的热膨胀和冷却收缩。
这种热力耦合将引起材料内部的残余应力。
此外，切削过程中的机械应力也会导致材料的残余应力。
2. 残余应力的影响：残余应力会对工件的性能和寿命产生重要影响。
大的残余应力会加速材料的疲劳破坏，导致工件损坏。
此外，残余应力还会导致工件的变形和尺寸偏差。
为了减小残余应力对工件的影响，可以采取以下措施：- 合理选择切削参数，以减小切削热对材料的影响；- 采用合适的冷却液，以提高散热效果；- 适当降低切削速度和进给速度，以减小机械应力；- 选择适当的刀具和刀具材料，以提高切削质量。
需要注意的是，虽然上述措施可以减小残余应力，但完全消除残余应力是不可能的。
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究铝合金是一种常见的金属材料，应用于航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等诸多领域。
在加工铝合金中，由于该材料较为软，因此经常使用铣削加工，以达到高精度的要求。
然而，这种加工方式也会造成铝合金表面的残余应力，这是由于加工过程中所产生的高温和切削压力所致。
这些残余应力经常会影响铝合金零件的特性，如疲劳强度、抗腐蚀性和热加工性等，因而严重影响了零件的质量和使用寿命。
因此，有必要开展高速铣削加工铝合金表面残余应力的研究，以探索技术手段以控制其产生的残余应力。
首先，先要深入了解不同铣削参数对残余应力的影响，包括切削速度、切削深度、刃角、粘度系数等。
为此，本实验使用示差扫描量测仪（SMM）和刚度测量仪（RMM）等测试仪器从事残余应力实验测试。
通过对比不同参数下表面残余应力的测试结果，可以清楚地了解不同参数对残余应力的影响情况，从而总结出一系列有利于控制残余应力的铣削参数。
此外，在残余应力控制方面也可以尝试其他技术手段，如利用冷却液和切削润滑油、减少切削压力等，充分发挥它们的作用，提高加工精度。
同时，需要选择符合要求的刀具和机床，使之处于最佳的运行状态，以保证切削的精度。
在实验过程中，还应考虑到铝合金本身的成分、晶粒结构、表面组织等因素，对它们的影响可能会导致残余应力的不同程度变化。
因此，为了进一步减少残余应力，可以采用表面处理技术，如表面精加工、电解抛光等，从而达到有效地减少残余应力的目的。
本实验旨在分析高速铣削加工铝合金表面残余应力的影响因素，以探索技术手段以控制其产生的残余应力。
为此，需要综合运用实验测试技术、表面处理技术、刀具技术及机床技术，建立相应的理论及具体方法，以达到比较优良的加工精度及残余应力控制要求。
通过以上研究，期望能够探索出一套更优化更可靠的高速铣削加工铝合金表面技术方案，指导相关行业实践应用，提高加工精度及零件质量，有助于推动行业的发展。
以上就是本文对高速铣削加工铝合金表面残余应力的研究，希望通过本研究能够为相关行业提供参考。
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究铝合金是由铝元素和其他合金元素结合而成，具有良好的耐腐蚀性能和加工性能，是经济可靠的弹性材料。
随着机械加工技术在设计和制造领域的应用，对铝合金的加工技术及其工件表面质量的要求也越来越高。
高速铣削加工技术是常见的加工方式，高速铣削加工铝合金表面的残余应力研究具有重要的实际意义。
高速铣削加工是使用高速铣刀对工件表面进行铣削，以获得满足设计要求的表面精度和质量的一种重要的机械加工方式。
铝合金在高速铣削加工过程中，由于性质和参数的不同，产生的残余应力是非常严重的，它会影响到工件体积的尺寸稳定性和表面质量。
因此，研究高速铣削加工铝合金表面残余应力的研究既具有实际应用价值，也具有重要的理论意义。
首先，我们需要了解高速铣削铝合金表面残余应力的来源。
由于铝合金内部存在着内应力，这些内应力会随着加工的开展而释放，从而产生表面残余应力。
此外，变形应力也是导致表面残余应力的重要原因。
其次，高速铣削铝合金的表面残余应力的影响因素。
铝合金的性质，尤其是屈服强度和硬度，是影响高速铣削表面残余应力的重要因素。
另外，加工参数也是影响残余应力的重要因素，包括铣刀运动精度、切削参数等。
最后，我们可以采用多种方法来控制高速铣削铝合金表面的残余应力，如改变工件的屈服强度、改变加工温度等。
此外，在实际加工过程中，可以利用监控系统进行表面残余应力的实时测量，及时发现和处理加工中出现的问题，以避免表面残余应力产生不良影响。
总之，研究高速铣削加工铝合金表面残余应力具有重要实际意义。
要控制铝合金表面残余应力，需要从材料性质和加工参数等多方面着手，并结合实际操作，采取有效的措施，以提高加工表面的质量。
切削加工有限元仿真与应力分析
2 Klamecki B E. Incipient chip formation in metal cutting - a three dimension finite analysis [ Ph D Dissertation ] . Urbana :U2 niversity of Illinois at Urbana —Champaign ,1973 : 1～10
均值 ( i = 1 ,2 ,3) 。极差 R 等于 k1 、k2 、k3 中的最大 值减去最小值 。由试验极差结果可知 ,切削铝合金 7075 时 ,切削深度 ap 对进给力 Fx 影响最显著 ,极 差为 408. 4 ;其次为刀具前角 γ0 ,极差为 131. 3 ;切削 速度影响最不显著 ,极差为 48. 7 。对切削温度影响 显著程度依次为 :切削深度 、切削速度和刀具前角 , 极差依次为 : 183 、167. 6 、100. 3 。由试验结果知 ,切 削力随切削深度和切削速度的增大而增大 ,且切削 深度与刀具前角影响显著 。切削力变化率随切削速 度增大而减小 。切削温度随切削速度和切削深度的 增大而增大 ,切削深度与进给量对切削力的影响程 度比对进给力和径向力的影响要显著 。
关键词 :有限元仿真 , 切削加工 , 应力分析
Finite Element Simulation and Stress Analysis in Cutting Processing Wen Xiaoshuo Wang Keqi
Abstract : To study the influence of different cutting parameters on cutting force , temperature and stress , the severe plastic deformational finite element and the regression equation design test method is used. The change law of cutting force and tempera2 ture in square cutting aluminum alloy 7075 freely with the different cutting parameters is emulated , and the distribution of the micro stress , strain rate in the cutting area is analyzed.
球头立铣刀铣削力有限元分析
有限元分析（论文）球头立铣刀铣削力有限元分析专业：机械电子学生姓名：张娇学号： 201201024摘要本文从球头立铣刀的几何模型着手，建立了一个适用于球头立铣刀铣削的三维铣削力模型，分析刀具几何角度的变化对切削力的影响，作为有限元分析的基础。
应用有限元软件ANSYS，研究在不同铣削条件下(背吃刀量、每齿进给量、主轴转速、悬伸长度等)球头立铣刀的受力情况。
建立球头立铣刀仿真实体模型，进行有限元分析表明：其它铣削条件不变时，背吃量越大，球头立铣刀变形量和应力都同时增大，而且二者的增长幅度和增长趋势几乎相同；当每齿进给量增加时，球头立铣刀变形量和应力都同时增大，但是二者的增长幅度不同，球头立铣刀应力的增长更大一些；主轴转速越高，球头立铣刀变形量和应力也会越大，二者的增长趋势相同但是幅度不同，球头立铣刀变形量的改变较大。
SummaryIn the present paper,a three dimensional milling force model for ball-nose end mill Was established based on its the geometric model of cutting end edge．The influences of cutting edgeangles on cutting force were analyzed．With the assist of the finite element software“ANSYS”，real stress distributione were studied in the differen millingconditions，such as cutting depth，the feed amount of each tooth，main shaft rotation and theextended length etc．一、背景及意义机械制造业是国民经济和社会发展及国防建设的基础，其发展水平是一个国家综合实力的重要标志。
高速铣削加工铝合金表面残余应力研究_唐志涛
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40. 7 57. 2
0
6 110. 3 125. 0
0
σ12 23. 6 - 25. 5 3. 9 12. 6 14. 3 4. 9
Key words : superficial residual st ress ; high - speed milling ; aluminum alloy ; cut ting force ; cut ting temperat ure
0 引言
金属在切削加工过程中不可避免地引入加工 残余应力 。加工残余应力是衡量工件表面质量的 一项重要指标 ,严重影响着零件的静力强度 、疲劳 强度及抗应力腐蚀能力 ,进而影响零件的使用寿 命[1] 。同时 ,残余应力还影响着零件的形状精度 和尺寸稳定性 ,在航空薄壁件的加工中 ,铣削加工 残余应力的存在及其在后续使用过程中的不稳定 性会造成应力松弛和再分布 ,从而引起构件的加 工变形 。鉴于残余应力的性质 、大小及其分布对 零件使用性能的重要影响 ,对加工后残余应力的 分布规律进行定量分析具有重要意义 。
表 1 残余应力测试条件
使பைடு நூலகம்靶材
Cr Kα靶
定峰方法
交相关法
准直器直径
3mm
X 管电压
30kV
ψ摇摆
±6°
X 管电流
6. 7mA
<摇摆
±30°
曝光时间
15s
布拉格角
139. 3°
校准
Ni 粉
倾角
±45°
衍射晶面
311 晶面
2 铣削加工铝合金表面残余应力状态分析
2. 1 X 射线法三维残余应力测试 已有的研究表明[3] , 磨削加工表面层以及加
TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析
TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析张宇;李亮;戎斌;徐文峰;杨吟飞【摘要】航空钛合金零件在铣削加工时表面会产生残余应力层,不仅影响零件的尺寸精度,还严重影响零件的疲劳性能.因此,研究航空钛合金零件铣削加工表面的残余应力分布与变化十分必要.以TC4钛合金条形零件为研究对象,采用化铣剥层法,测试并分析不同铣削用量条件下已加工表面残余应力的分布与变化规律.研究结果表明,TC4钛合金条形零件已加工表面层的残余应力沿层深方向逐渐由压应力变为拉应力;随着切削速度和每齿进给量的提高,残余应力值均相应降低;而随着径向切深的增大,残余压应力值则相应增加.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2016(045)002【总页数】4页(P25-27,35)【关键词】TC4钛合金;表面残余应力;加工参数;化铣剥层法【作者】张宇;李亮;戎斌;徐文峰;杨吟飞【作者单位】中国船舶重工第七二四研究所,江苏南京210003;中国船舶重工第七二四研究所,江苏南京210003;中国商用飞机有限责任公司,上海200120;中国商用飞机有限责任公司,上海200120;中国船舶重工第七二四研究所,江苏南京210003【正文语种】中文【中图分类】V252.2钛及钛合金具有强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列优点，主要用于飞机结构中承载大、温度高的特殊载荷部位，如发动机承载框、挂架、起落架舱框等，并已逐步代替铝合金成为飞机主要承力结构材料，如第三代战斗机F-15钛合金的用量占27%，第四代战斗机F-22钛合金的用量占41%，国内钛合金的用量从歼7(60年代投产)中的9 kg增加到歼8(70年代投产)中的60 kg[1]，随着航空航天工业的进一步发展，钛合金的用量比例将会进一步增加。
残余应力的测试技术始于20世纪30年代，迄今为止根据资料可了解的有10多种。
其测量方法大致分为机械释放测量法和非破坏无损伤测量法2种。
其中机械释放法包括有钻孔法、切槽法、剥层法和取条法等。
铣刀片的应力场分析
铣刀片的应力场分析作者：董丽华袁哲俊李振加严复钢1．引言铣削属断续切削，切削过程中刀片受力非常复杂，力的大小和方向随时变化，刀片的失效形式主要为冲击破损。
因此，采用有限元法对铣刀片应力场进行分析，以寻求减少刀片破损的刀具最佳几何角度，对于铣刀片槽型的开发具有指导意义。
2．面铣切削加工坐标系统的建立面铣切削加工坐标系统由刀体坐标系和刀片坐标系组成，如图1所示。
图1面铣切削加工坐标系统在刀体坐标系中，Y轴为铣刀轴线，X轴在基面内过刀尖与Y轴相交。
在刀片坐标系中，y1轴通过主切削刃，x1轴通过副切削刃，刀片前刀面在x1o1y1平面内。
铣刀半径为R=OO1，铣刀前角为γ0，刃倾角为λs，主偏角为K，法向前角为γn。
面铣刀无论具有何种几何角度，都可看作是由刀体坐标系经过一次平移和三次旋转而成，可用矩阵表示为其中A11=cosγn sinηr+sinγn sinλs cosηrA12=cosγn cosηr-sinγn sinλs sinηrA13=sinγn cosλsA21=-cosλs cosηrA22=cosλs sinηrA23=sinλsA31=-sinγn sinηr+cosγn sinλs cosηrA32=-sinγn cosηr-cosγn sinλs sinηrA33=cosγn cosλstgγn=tgγ0cosλs3．切入冲击力方向的确定铣削与车削的不同之处在于铣削为断续切削，存在着切入、切出过程，铣刀的破损主要是由机械冲击力引起的。
因此，首先要确定铣刀切入瞬间冲击力的作用方向。
铣削时，铣刀高速旋转，工件缓慢进给，若忽略进给运动(因进给运动速度仅为铣刀运动速度的约1/4)，铣刀切入冲击力的方向应该在刀具相对工件运动的切线方向上。
如图2所示。
图2 切入冲击力的方向由图1可知，切入冲击力方向为Z轴方向，力F分解到刀片坐标系中为式中A13、A23、A33取值见式(1)，代入具体参数得上式中，如果各分力值为正，则表示作用力沿坐标轴正方向；如果各分力值为负，则表示作用力沿坐标轴负方向。
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铣削加工 曲面残余应力有限元分析
曾红 ，韩笑 ，陈燕燕 ，王延 忠 ，吴林峰
（ １ ．辽 宁工业 大 学机械 工程及 自动 化 学院 ，辽 宁锦 州 １ ２ １ ０ ０ １ ； ２ ．北 京航 空航 天大 学机械 制造 及 自动化 学院 ，北京 １ ０ ０ １ ９ １ ）
摘要 ：基于 Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 软件对椭圆球 面进行铣削加工仿真分析 ，通过热 一力耦合 的有 限元理论对 曲面 表面进行残余应力分 析 ，得到不同的加工参数下 ，表面残余应力 的分布规律及变化规律 ，并通过 正交试验 得出影响残余 应力的主要加工参数。
拉 应 力 。 在 刀／ 工 区，
切削层金属 沿着 刀刃钝 圆面流动 时受到 刀具 的
挤 压而 产 生 塑 性 流 动 ， 使 表 层 发 生 了 延 展 现
象 。而 里 层 金 属 发 生 弹
性 变形 ，对表层 的延 展 起 到 牵 制 作 用。之 后 ，
图 Ｉ 切 削 变 形 区
中加工参数对残余应力 的影 响 ，对于优化切 削过程 和 防止加 工零件过早疲劳破坏 ，是很有 必要 的。 目前的仿真分析多为采用有限元仿真方法对平面 进行 的二维切削仿真和简单 的平面三维仿真 ，通过对 切 削过程 的模拟 ，研究切 削用量 、刀具参数对 已加工 表 面残余应力 的影 响规律 。而 目前 尚无针对 曲面 的铣 削加工过程的低 应力加 工仿 真 ，因此有必要 开展 曲面 的低应力切削控制研究 。 １ 残余 应力 的产 生机 理 已加工表 面残余应力产生 的原 因 ，可 以概括为机 械应力和热应力引起 的塑性变形效应 。
ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ｌ ａ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｅ ｌ ｌ ｉ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ｐ ｈ ｅ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ － ｍｅ —
ｅ ｈ ａ ｎ ｉ ｅ ｌ ａ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｍａ ｋ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｄ Ｓ ｕ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ ． Ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ，ｄ ｉ ｓ ｔ ｉｂ ｒ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ
２ ０ １ ３年 ３月
机床与液压
ＭＡ Ｃ ￣ Ｉ Ｉ Ｎ Ｅ Ｔ Ｏ Ｏ Ｌ＆ Ｈ Ｙ Ｄ Ｒ Ａ Ｕ Ｌ Ｉ Ｃ Ｓ
Ｍａ ｔ ． ２ ０１ ３
Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ ． ５
第４ １卷 第 ５期
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １—３ ８ ８ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ １ ３
关键词 ：曲面 ； 铣 削加工 ； 残余应力 ； 正交 试验
中图分类号 ：Ｔ Ｈ １ ６ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ １ —３ ８ ８ １（ ２ ０ １ ３ ）５— ０ ４ ９－ ４
Ｆｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｅｌ ｅ ｍｅ ｎｔ Ａｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｒｅ ｓ ｉ ｄ ｕａ ｌ Ｓｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｎｇ Ｃｕｒ ｖ ｅ ｄ Ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃ ｅ
ＺＥＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ ， Ｈｙ ａ ｎ ， Ｗ ＡＮＧ Ｙａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ， Ｗ Ｕ Ｌ ｉ ｎ ｆ ｅ ｎｇ
（ １ ． Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，
残余应力是消除外力或不均匀温度场等 的作用仍 留在物体 内的 自相平衡 内应力 。残余应力对于构件 的
疲 劳强度 、应力腐 蚀 、形状 精度 等均有 重大 的影 响 ， 而 它的形 成又随构件的材质 、形状 、成形 与加工工艺 过程等的不同而异 。如何评定 残余应 力的大小 、调 整 残余应力 的分布 、减小或消除残余应力对工程 的影响 已成 为人们广泛关注 的问题 。因此 ，分析加工过程
Ｊ ｉ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ １ ２ １ ０ ０ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｂ ｅ ｉ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ９ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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