钻削高强度钢的切削力仿真及试验研究

合集下载

数控机床铣削切削力的模拟与实测方法

数控机床铣削切削力的模拟与实测方法摘要：数控机床在现代制造业中发挥着重要作用，铣削切削力的模拟与实测是数控机床加工研究的关键问题之一。

本文将介绍数控机床铣削切削力的模拟与实测方法，包括力学模型的建立、数值仿真和实验测试等方面的内容，以期为相关研究提供参考。

一、引言数控机床作为现代制造业的重要工具，其高精度、高效率的特点受到广泛关注。

而铣削切削力在数控铣床加工过程中起着决定性作用，对加工质量和机床性能具有重要影响。

因此，模拟和实测数控机床铣削切削力成为加工研究的重要内容之一。

二、模拟方法1. 力学模型的建立铣削切削力的模拟首先要建立合适的力学模型。

常用的力学模型包括切削力系数模型和有限元模型两种。

切削力系数模型是通过实验获得相关参数后，根据经验公式计算切削力。

有限元模型则是将加工过程建模为一系列有限元素，通过数值分析计算切削力的分布和大小。

2. 数值仿真数值仿真是利用计算机软件模拟数控机床加工过程和切削力的计算。

常用的仿真软件有Deform、ABAQUS等。

数值仿真可以通过调整刀具几何参数、切削条件和材料性质等因素，预测不同情况下的切削力大小和分布情况，为工艺优化提供指导。

三、实测方法1. 切削力测量设备实测切削力是了解加工过程中切削力的真实情况的重要手段。

常用的切削力测量设备包括力传感器、力加载装置和数据采集系统。

力传感器可以精确测量切削力大小，力加载装置则提供切削力测量所需的切削环境。

数据采集系统可以记录和分析切削力的变化规律。

2. 实验测试方法实验测试是通过具体的切削加工试验获取切削力的实际数值。

实验测试中需要准确控制切削条件，包括切削速度、进给速度和切削深度等。

通过实验测试可以获得不同切削条件下的切削力数值，用于验证模拟结果的准确性。

四、研究进展与展望随着数控机床技术的不断发展，数控机床铣削切削力的模拟与实测方法也在不断改进和完善。

当前的研究重点主要集中在提高模拟精度和实验测试的准确性，并进一步优化数控机床的切削性能。

基于Deform3D的钻削力仿真研究

如果刀具与工件没有装配 ,则要对刀具和工件进行定位。
物体内部关系 (inter object Definition) 的目的是定义仿真过程中不同的物体间的相互作用。设刀具为主动 ,工件为从动。定义导热系数 45N/ sec/ mm/ C 和摩擦系数为常量 013 ,摩擦类型为剪切摩擦 ,该类型可应用于大多数的变形仿真。摩擦模型为 : fs =
图 1 工件局部网格划分
工件材料选为 ANSI - 1045 钢 (同 45 钢) ,钻头沿 - Z 轴进给 ,进给量为 012mm/ r ,转动中心为 (0 ,0 , 0) (转动中心随进给运动的变化而变 ,此为初值) , 转速为 320r/ min ,转向为 (0 ,0 ,1) 。
在边界 (Object Boundary Condition (BCC) ) 设置中 ,BCC 定义了一个物体的边界如何与另一个物体或环境相互作用。设置工件四个侧面的速度在 X 、 Y 、Z 方向上为 0 ,限制工件的运动 ,工件和刀具的所有面设定为与外界传热 ( Heat Exchange With Environ2 ment) ,激活工件的体积补偿选项。
图 2 ALE 中自由面
52
工具技术
这个步数表示的是仿真引擎预测切屑几何形状和稳态下热力求解的迭代次数。
215 Lagrangian 分析( 瞬态分析) Lagrangian 公式的优点在于 :切屑是仿真的结果并简化了瞬态切削过程和连续切屑形成的方案[6] 。切削加工过程是一个不断变化的过程 ,每一时刻都只能按照瞬态过程处理 ,因此继续运行瞬态分析 ,完成最终的切削。 216 钻头的应力分析应力分析可以使用模具应力分析模板 ( Die Stress Analysis Wizard) ,也可以参照模板生成的 key 文件 ,在前处理模块进行设置。需要注意的是 ,选定开始分析的步数必须是正的。 217 Deform 3D2post 分析结束后 ,可在 Deform 3D2post 模块中查看切削力、切削温度、刀具摩损以及应力等参数的仿真结果 ,并能输出相关数据进行分析 ,如钻头应力的等值线图 (图 3) 、钻削过程仿真图 (图 4) 等。

高速铣削高锰钢的铣削力模拟与试验研究

使得切削加工过程得到很大简化，在理论解析和数值模拟所有积分点材料都发生失效，则该单元将被从网格中删除。失效立变量，
★来稿日：０１０—４ ★基金项目：期２１－２１广东技术师范学院博士启动基金，广东技术师范学院校级科研项目（９ＪＩ）（００ＹＣ３、１０１）０ＫＱ６、１ＳＫ０）（２３７２
制左侧ＡＢ的向位移。ｌ￣ｌｌ下：切ｉｌｎ刀具前角ｒ６，ｌｔｏ。－后角ｏ＿ｏ￣６，－刀尖钝圆半径ｒ２ｕｌ￣１０ｎ，切削速度ｖ２６／ｎ背吃刀量ａ（．＝２ｍｍｉ，ｐ０— ＝２０）切削试验中材料为高锰钢ＺＭｎ３Ｔ件材料的微量元素．ｍｍ；５Ｇｌ，的组成和机械物理陛能，如表１表２所示。、表１高锰钢ＺＧＭｎ３的微量元素组成ｌ
矿．１● ＼斤＼一１１－＼斤 ± 斤喜十１！喜＾靠＼一十１＼粤、一十一斤喜十一 ● ｜十＼斤ｔ蔓十＾喜十粤十＾ｅ＾＂喜十１１毫＼１ ” 、．、￡斤￥十卓十一毒十＾ ’
１６８
徐兰英等：高速铣削高锰钢的铣削力模拟与试验研究
第１２期
研究中得到了广泛应用。故对铣削过程的模拟也是采用二维模型，采用热弹塑ｌ大变形有限元法，生二维正交（直角）切削加工的有限元
分析初始网格模型和边界条件，如图Ｉ所示。工件材料的尺寸为（Ｏ５ｍ划分为９０个热力耦合单元，１ｘ）ｍ，００为了节省计算时间，工件未切除的部分划分得比较稀疏。假设刀具是理想刚性的，忽略实际切削中刀具的变形和振动，工件底边Ｂｃ的ｘｙ向位移被约束，，限

基于Deform3D加工中心钻削加工仿真研究

有限元仿真
削力大小、削温度的分布情况，切该仿真结果对钻削．艺效果的预测和优化具有现实的指导意义。ｙ－
关键词：ｅｒＤ高速钻削Ｄｆｍ３ｏ
中图分类号：Ｇ２Ｔ３Ｔ５；Ｐ１
文献标识码：Ａ
成形、处理工艺，加工过程中因工件材料、具材热对刀料、具角度、削速度不同引起的被加工工件的剪切刀切
设定工作环境和接触面属性，定环境温度２ ℃ ，件设Ｏ工接触属性：擦因数０５导热系数４／（・Ｋ）３。摩．和５Ｗｍ［１（工件的设定：件属性为塑性，能够满足模２）工在拟条件下，量选择较小模型。择４钢作为工件的材尽选５
料Hale Waihona Puke 变形、削温度、应力等因素进行分析，正确选择切内是
刀具材料、具角度和切削用量以及进行材料加工性刀分析的依据。
（）拟条件设定：共运算步数１５０，储增３模总ｏ步存量为每２步存一次。５（）成数据库并完成模拟运算。４生
文章编号：００— ９８２１）５— ０８— ２１０４９（００００１０
钻削加工是机械制造行业中应用较广泛的金属切

基于回归正交试验的浅孔钻钻削的有限元仿真

ＩｄｅａｌｎｅｔｓｄｏＯｒｈｏｏａｇｅｓｏｎｘｂｅＩｓｒｓＢａｅｎｔｇｎｌＲｅｒｓｉｎ
ＹＮｈｎｊｎＨＵＬｐｎＩＧＺｅｇａ，ＺＯｉｉｇｉ
（ｃｏｌｆＭｃａｉａＥｇｅｒｇ＆Ａｔｍｔｎｉｕｎｖｒｔ，ＣｅｇｕＳｃｕｎ６０３Ｓｈｏｏｅｈｎｃｌｎｉｅｉｎｎｕｏａｉ，ＸｈａＵｉｅｓｙｈｎｄｉａ１０９，Ｃｉａｏｉｈｈｎ）
可转位浅孑钻一般由两块硬质合金刀片构成，刀Ｌ片在径向不对称分布，两块刀片相互搭接，分别切削
一
工性分析的依据。
１钻削加工仿真的关键技术
１１Ｕｕ磨损模型．ｓｉ
段金属而形成被加工孔。由于刀片在钻头上的非对
称布置，导致了刀具在加工时要产生径向合力，从而影响机床的受力状况，使刀具变形，进而影响被加工孔的质量，制约了该种高效刀具的广泛使用。为了解决以上问题，以浅孔钻钻削４５钢为例，利用Ｄ・ｅｆｍＤ软件对钻孔过程进行有限元动态模拟来分析ｏ３ｒ各个参数对钻孔加工效果的影响，如对加工过程中被加工金属材料的表面温度、切削力进行分析，为选择正确的切削液、切削用量和制定合适的加工工艺提供主要依据。ＤｆｍＤ是美国ＳＴ（ｃｎｉｃＦｒｉｇＴｃ — ｅｒ３ｏＦＣＳｉｔｉｏｎｅｈｅｆｍ
损情况。关键词：有限元模拟；浅孔钻；回归正交试验
中图分类号：Ｔ５Ｇ２文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ８１（０２０１３８２１）９—１９— １４

金属切削原理中切削力效果的仿真模拟研究

金属切削原理中切削力效果的仿真模拟研究随着工业技术的快速发展，金属切削加工在各个领域中都扮演着重要的角色。

而在金属切削加工过程中，切削力效果的研究对于提高切削加工的效率和质量具有重要的影响。

本文将以金属切削原理中切削力效果的仿真模拟研究为题，探讨金属切削过程中切削力的影响因素以及仿真模拟的方法。

首先，我们需要了解金属切削加工中切削力的概念和作用。

切削力是指在金属切削过程中刀具对工件产生的力。

它是通过与工件表面接触形成的摩擦力和切削力的合力，用于克服金属材料的强度和硬度，从而将金属材料切削成预定形状和尺寸的零件。

切削力直接影响着切削加工的效率、切削工具的寿命以及加工表面质量等方面。

在金属切削过程中，切削力的大小和方向受到多种因素的影响。

首先是刀具的几何形状和刀具材料的选择。

刀具的刃角、刃宽以及刀具材料的硬度和耐磨性等因素都会直接影响切削力的大小。

其次是被切削材料的性质。

材料的硬度、塑性和热导率等特性都会对切削力产生影响。

此外，切削速度、进给量和切削深度等工艺参数也会对切削力产生影响。

因此，研究这些影响因素对切削力的影响是非常必要的。

为了研究金属切削过程中切削力效果，研究人员常常采用仿真模拟的方法。

仿真模拟可以通过建立切削力的数学模型和计算机模拟技术，准确预测切削过程中的切削力大小和方向，并分析各种影响因素对切削力的影响。

其中，有限元法是一种常用的仿真模拟方法。

有限元法是一种数值计算方法，广泛应用于工程领域中的结构力学和材料力学问题。

在金属切削过程中，有限元法可以通过将切削区域划分成许多小块，建立小块上的切削力模型，并通过求解数学方程组来计算切削力的大小和方向。

通过调整模型中的参数，如刀具几何形状、工件材料特性、切削速度等，可以得到不同情况下的切削力效果。

此外，还可以使用商业仿真软件来进行金属切削过程中切削力效果的仿真模拟研究。

这些软件通过提供各种切削过程的模型和计算工具，能够更加方便地进行切削力的预测和分析。

高强度钢和超高强度钢的切削加工

FZ =σsapf ( 1.4 ξ+c) 式中: ξ 为切削工程中的变形系数 ; c 为与刀具前角有关
的常数。
σ s 大 , 故主切削力 Fz 加大。但是 , 这些钢材的塑性较低 , 故 ξ 减小 , 因而 Fz
不与
由于高强度钢、超高强度钢的强度高 , 即
W18 Cr 4V 、 W6Mo5 Cr4 V2 等
工件材料强度 G 1 : HIJK6&%-."/ 切削速度转速孔径 /mm 10~15 20~30 30~80
σb/M Pa
1 130 1 250 1 324 1 425 1 520 1 668
P
类合金、 TiC
2 !":%&!":()*+,2.1 34@A、 34CБайду номын сангаасEF、 *+9G
P 类涂层合金的切削效果将优于普 P 类合金加工时 , 可根据粗、精加工及加工条件的差异 , 选定其级别和牌号。而 TiC 基和 Ti ( C、 N) 基
基合金及通硬质合金。在使用合金主要用于精加工和半精加工。涂层合金则可用于精加工和半精加工及负荷较轻的粗加工。 ⑤陶瓷刀具材料。陶瓷刀具的硬度和耐热性高于硬质合
Ti ( C、 N)
fghi: 200 6- 12- 02 jklm: 徐少红 ( 19 65- ) , 女, 江苏扬州人 , 广东工贸职业技术学院 , 高级讲师 , 在职硕士 , 现从事机械类的教学、技术工作。
72
《装备制造技术》 2007 年第 2 期
金 , 允许的切削速度比硬质合金高 1~2 倍。在高强度钢、超高强度钢的切削中 , 主要用于车削和平面铣削的精加工和半精加工 , 而不能应用于粗加工或有冲击载荷的断续切削。所以必须采用

金属切削仿真分析的关键技术研究

金属切削仿真分析的关键技术研究摘要金属切削仿真过程涉及到了很多的物理过程，包括在大应变、大变形条件下的材料模型，切屑分离准则、网格划分、接触摩擦模型磨损模型和边界条件等。

本文以2Cr13材料的有限元仿真分析为例，介绍了分析过程中需确定的各项参数设置方法，并总结了各参数对仿真结果的影响程度。

关键词切削过程仿真；材料模型；磨损模型；边界条件0 引言随着计算机技术的发展，数值模拟方法尤其是有限元分析的方法在切削加工仿真中的应用越来越多。

通过进行切屑成形仿真分析，可以得到切削过程中的相应参数，如切削力的大小，切削应力、应变、应变率的分布，工件的表面质量、残余应力等。

使用有限元分析的方法，可以降低切削实验成本，为刀具选择以及工艺参数的确定提供可靠依据，对提高企业生产效益具有重要意义。

1 有限元建模方法切屑成形的有限元仿真目前有三种方法：Lagrange方法、Euler方法和ALE 方法。

在Lagrange分析方法中，网格固定在材料上并随材料的变形而移动，因此使用拉格朗日方法，可以随材料的变形而自动形成切屑，特别适用于模拟切屑的初始形成状态，同时也可用于仿真切削的稳定状态。

在Euler分析方法中，网格固定于空间而材料以一定速度流过网格。

使用这种方法可以最小化工件材料的网格数，缩短计算时间，非常适合对稳定状态的切削过程进行分析。

但是欧拉方法不能模拟切屑由初始状态达到稳定状态的过程。

ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法结合了纯拉格朗日方法和纯欧拉方法的特点，通过网格独立于材料的移动，在大变形和材料去除等分析的整个过程中保证高质量的网格。

2 工件材料模型在切削过程中，工件处于高温、大应变和大应变率的条件下发生弹塑性变形，考虑到以上各种因素对工件材料特性的影响，采用Johnson-Cook热粘塑性模型做为工件材料的本构模型，该模型将工件材料的流变应力看成是应变、应变率和温度的函数：其中：为流动应力，为等效塑性应变，n为应变硬化指数，为等效塑性应变率，为室温，为金属熔点温度，m为应变率灵敏指数，T为工件表面温度。

钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究

钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究一、概述钻削过程是金属加工中常见的加工工艺之一，其切削过程中切屑的形成和受力情况对加工质量和工件表面粗糙度有着重要影响。

本文将针对钻削过程中切屑受力建模及有限元仿真研究展开深入探讨，从宏观和微观两个角度分析切屑的形成机理和受力情况，旨在为钻削工艺提供更深入的理论基础和实用指导。

二、切屑形成机理分析1. 切屑形成的基本过程在钻削过程中，切屑的形成是由刀具对工件进行切削，其中金属材料在刀具作用下形成的薄层即为切屑。

切屑形成的基本过程可以简要概括为切屑的起始、发展和脱离三个阶段。

切屑的形成机理主要包括切削热、切削变形、切削厚度和切屑形状等因素的综合作用。

2. 切屑形成的影响因素切屑形成受到诸多因素的影响，包括工件材料性能、刀具的材料和几何形状、切削参数、冷却液的使用等。

不同的工件材料、刀具材料和切削参数组合会导致切屑的形态、厚度和温度等特性的差异，从而影响切屑的排屑能力、切屑的排屑性能和对切屑的进一步加工。

三、切屑受力情况分析1. 切屑的受力特点切屑在形成过程中会承受来自刀具的切削力、切削热和切屑自身的重力等多种力的作用。

其中，切削力是切屑受力的主要载荷，其大小和方向直接影响切屑的形状和质量。

切屑受力还与刀具的几何形状、切削参数和切削状态等因素相关。

2. 切屑的受力模型有限元分析是研究切屑受力的有效方法之一，通过建立钻削加工的切屑受力模型，可以分析切屑在加工过程中的受力情况。

通过有限元仿真可以得到切屑的应变、应力分布以及切屑的变形情况，从而为钻削工艺的优化提供理论支持。

四、有限元仿真研究1. 切屑受力的有限元模型建立在进行有限元仿真时，首先需要建立钻削过程中切屑受力的有限元模型。

该模型需要考虑刀具、工件、切屑和切削液等多个物理对象及其之间的相互作用，同时要考虑切屑受力的非线性、瞬态和热传导等特性。

通过对切屑受力的有限元模型建立，可以准确地模拟切屑在切削过程中的受力情况。

钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究

钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究【文章】钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究一、引言钻削作为金属加工中的一种重要工艺，其切屑受力情况一直备受关注。

本文旨在通过建模及有限元仿真研究，探讨钻削过程中切屑受力的特点及影响因素，从而提供深度的理论指导和实践应用价值。

二、切屑受力特点1. 切屑形成与受力关系在钻削过程中，切屑形成与受力密切相关。

切屑的形成主要受到切削力、切削温度和材料力学性能等因素的影响。

其中，切削力是切屑形成的主要驱动因素，在切削过程中产生的切削力将直接影响切屑的形态和受力情况。

2. 切屑受力影响因素切屑的受力情况受到多种因素的影响，包括钻具结构、切削参数、工件材料等。

钻具结构的合理设计和切削参数的选择对于降低切屑受力具有重要意义。

工件材料的硬度、塑性等力学性能也会对切屑受力产生影响。

3. 切屑受力模型建立针对切屑受力情况的复杂性，需要建立合理的数学模型来描述其受力特点。

基于切屑形成机理和材料力学性能，可以建立切屑受力模型，从而深入分析切屑在钻削过程中的受力情况。

三、有限元仿真研究1. 有限元建模通过有限元方法，可以对钻削过程中切屑受力进行深入研究。

在建立切屑受力模型的基础上，采用有限元方法进行建模和仿真，可以模拟实际的钻削过程，并获取切屑受力的详细信息。

2. 仿真结果分析通过有限元仿真，可以获取切屑受力的分布情况、受力大小和变化规律。

还可以对不同工艺参数和材料性能对切屑受力的影响进行系统分析，为钻削过程的优化提供理论依据。

四、个人观点与总结在钻削过程中，切屑受力的研究对于提高钻削效率和延长工具寿命具有重要意义。

通过深入分析切屑受力的特点和影响因素，可以为钻削工艺的优化提供理论依据。

有限元仿真作为一种重要的研究手段，为切屑受力的深入研究提供了新的途径和方法。

钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究具有重要的理论和应用价值，值得深入探讨和研究。

以上是本次文章的初稿，具体的细节和论证可以进一步完善。

45钢的切削力试验研究

45钢的切削力试验研究1.研究背景2.实验目的3.实验介绍4.实验参数5.实验结果6.结论研究背景：45钢是一种热轧高强度钢，具有优良的机械性能，其应用广泛。

高强度钢的切削力是衡量工艺切削成型工具对于钢材的机械加工性能的关键性参数之一，因此对其进行有效的研究与实验试验非常重要。

近年来，45钢切削力试验研究越来越受到重视，各类研究者们也开始从不同的角度研究它，尝试探索出一种有效的方法，以测定高强度钢的切削力。

本文旨在通过对45钢切削力的实验研究，对其机械性能进行精准的检测，为工业及科学界的研究者提供参考。

为了更好地理解45钢切削力的研究背景，本文将首先进行系统的梳理。

首先，需要全面分析高强度钢的特点及性能，然后介绍现有实验参数及外界因素对45钢切削力的影响，包括切削参数、切削惯量、切削液、传热系数(h)和材料硬度等；最后，根据现有的研究成果，对45钢切削力的机理及其受力分析进行探讨。

实验目的：本文旨在通过对45钢切削力的实验研究，准确测定45钢的切削力，并且分析它随着参数变化而发生变化的规律，以求出理想的切削参数和切削惯性以达到最优的切削力。

因此，为了准确地完成45钢切削力的实验，在实验过程中应充分考虑外界影响，对实验参数进行合理的设置。

首先，要在切削深度、切削角度、切削速度等参数上综合考虑材料特性及工艺要求，综合确定合理的切削参数，其次，针对45钢材料特性，选用适当的切削液，以减小热量在切削过程中的传导；最后，根据温度和传热系数，细心控制切削温度，以保证45钢材料的热稳定性，以达到最优状态。

实验介绍：实验主要是切削力试验，其目的在于测量实际工作条件下45钢的机械性能及切削力大小。

该实验主要使用实验室内的XK-51型切削力机，该机可以对具有不同特性的金属材料进行精准的切削力测试。

而且，它也可以模拟实际工作情况，测量出45钢在不同切削条件下的切削力大小。

实验方法如下：首先，在切削机上安装好45钢样品，然后根据实验目的确定实验参数，包括切削深度、切削角度、切削速度、切削温度、切削液等；接着，操作切削机，启动实验，将切削力实时记录，测量出45钢在各种不同实验参数之下的切削力，最后把实验结果进行分析，以得出最终结论。

高强度钢材质零件深孔加工探讨

钻尖强度减弱，切屑变形增大，导致扭矩增加，而且切屑卷曲厉
害，排屑不易，妨碍冷却液的输入。对于小直径钻头来说，为了保证钻头刚性、防止折断、延长使用寿命，减小扭矩要比减小轴
向力更为重要［３１。
经过多次实验，我们发现锋角在１１５。左右时，能兼顾解决
３－３主切削刃的改制超长麻花钻主要问题是刚性差，易振动。这可以通过在主切削刃上开三个槽减少切削面积来解决。原理是切削面积减
—
Ｚ
守Ｌ碴图１零件图
ｌ
少，切削力也随之减少，从而解决钻体的刚性不足而产生的振
动。
２加工难点分析
摘
要：针对高强度钢材质零件深孔的加工难题，通过合理的选择刃磨钻头几何参数和进给方式，解决了钻头易磨损和零件
质量差的问题
关键词：高强度钢；后角；主切削刃；横刃；进给方式
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｈｏｗｄｒｉｌｌｔｈｅｄｅｅｐｈｏｌｅｉｎｔｈｅｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌｐａｎｓｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄ．ＴｈｒｏｕｇｈｃｈｏｏｓｉｎｇＴｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｇｅｏｍｅｔｉｃｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｆｅｅｄｉｎｇｍｏｄｅ，Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｔｈｅｄｉｒｌｌｉｓｅａｓｙｔｏｗｅａｒａｎｄｔｈｅｐａｒｔｓ ’ｑｕａｌｉｔｙｉｓｐｏｏｒａｒｅｓｏｌｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｓｔｅｅｌ；ｃｌｅａｒａｎｃｅ？ａｎｇｌｅ；ｃｕｔｔｉｎｇｅｄｇｅ；Ｃｈｉｓｅｌｅｄｇｅ；ｆｅｅｄｉｎｇｍｏｄｅ

切削力动力学建模与控制研究

切削力动力学建模与控制研究切削力动力学建模与控制研究是近年来制造业领域的一个重要研究方向。

随着数控技术在机械加工领域的广泛应用，越来越多的科学家和工程师开始关注如何准确估计和控制切削过程中的切削力，以提高切削效率、降低能耗和提升加工质量。

本文将介绍切削力动力学建模与控制研究的方法和进展。

一、背景和意义切削力是在机械加工过程中产生的重要力学现象，它与切削工具的材料、几何形状、表面质量等因素密切相关。

准确估计和控制切削力对于提高机械加工的效率和质量是至关重要的。

过高的切削力会导致刀具磨损和变形，甚至引起加工质量下降和工具断裂等问题；而过低的切削力则无法实现充分切削效果。

因此，开展切削力动力学的建模与控制研究，可以为实现优化加工提供科学依据和方法。

二、切削力动力学建模方法切削力动力学建模是切削力研究的核心内容，也是实现切削力控制的基础。

建模方法的选择和精度对于准确估计切削力至关重要。

目前常用的切削力建模方法主要有经验公式法、力学法、有限元法和神经网络法等。

经验公式法是一种基于实验数据或理论公式的简单而有效的方法。

通过对大量实验数据进行拟合，可以得到与切削参数和工件材料性质相关的经验公式，从而推算出切削力。

这种方法运算简单，但受限于数据质量和拟合条件，模型精度有一定程度的局限。

力学法是基于力学原理建立的切削力模型。

通过对刀具和工件之间的接触、切削区域的应力和变形等进行建模分析，可以得到比较准确的切削力估计结果。

力学法需要较为复杂的数学计算和较高的理论背景，但可以提供一定的理论指导，并在特定条件下提供更准确的切削力预测。

有限元法是一种常用的数值模拟方法。

它通过将刀具和工件离散化为一系列小单元，利用有限元分析软件进行力学计算和模拟，从而得到切削力的分布和大小。

有限元法可以考虑复杂的切削过程和材料行为，模型精度相对较高，但计算时间较长且需要较高的计算资源。

神经网络法是一种基于人工智能的切削力建模方法。

通过对已有数据进行训练和学习，神经网络可以将输入参数和对应的切削力进行映射和预测。

车削、钻削、铣削加工的标准切削力模型

车削、镗削、钻削、铣削加工的标准切削力模型M. Kaymakci, Z.M. Kilic, Y. Altintas摘要一个标准的切削力学模型是预测在铣削、镗削、车削和钻削加工过程中切削力系数的工具。

嵌入物在参考物的定向是数学建模遵循ISO工具的定义标准。

由作用在前刀面的摩擦力和法向力组成的变换矩阵转化成参考坐标系，取决于加工材料和切削刃的几何形状。

而这些力再进一步转化为铣床、镗床、车床和钻床坐标系中初步赋值的具体参数，在切削试验的标准模型进行了验证。

关键词切削力车削铣削镗削钻削1.前言目前研究的目的是开发一种可用于预测的进程模型，以完善之前代价昂贵、操作复杂的物理实验。

这种结合材料性能、切削方式、刀具种类、过程动力学和结构动力学的进程模型，是应用于预测在金属切削加工过程中的切削力、扭矩、工具、形状误差和振动。

仿真和加工工艺规划，可预测机床和其零部件的操作是否是可行的，或优化切削条件和刀具种类，以获得更高的材料去除率。

建立铣削、镗削、车削和钻削加工过程的力学模型，为以前的研究提供了宝贵的贡献。

切削力模型需要考虑切削力作用在切削刃的作用面积和切削力系数，再从加工测试中进行校准。

将沿切削刃的受力分布建模并相加，以预测作用在机械上的总负荷。

有Fu[1]等人提出的在端面铣削的机械方法是一个示范性的应用，对切削力模型的全面审查则已由埃曼等人[2]提出了，Armarego [ 3 ]提出的通过正交斜变换[ 4 ]，可以从平均剪切应力、剪切角和摩擦系数预测切削力系数，建模时，由于固体边沿和几何形状[5]的连续变化，通常都采用斜变换法来解决问题。

本文中将对由Luttervelt[6]和Altintas[7]等人发表的以机械切削力学为基础的方法进行回顾。

2000年以来，学者们更趋向于研究如何应用数值的方法来预测金属切削过程中的切削力系数。

有限元法和滑移线场模型用于预测切削力系数，也应用于对切削力的预测[8-10]，数值模型完全基于材料的在加工过程的应变、应变率、温度变化和摩擦系数。

钻孔中产生的问题

群钻的各种钻型基本型群钻在钻通用结构钢材料时，获得了良好的切削性能。

但是加工材料日益多样化，各类材料的加工性千差万别，加工零件的结构形状、工艺条件也有着很大的变化。

工件材料变了，孔的要求变了，促使钻型也必须跟着变，要有灵活性。

要正确分析和估计客观情况，并采取有效的措施。

本章将着重分析和总结各种情况下的钻孔经验和初步规律。

第一节钻孔中产生的问题钻孔中遇到的问题很多，下面从加工材料和工艺条件两个方面列举些实例，说明用普通麻花钻钻孔时所暴露出来的问题。

一、加工材料不同所产生的问题(1)钻强度大、硬度高的钢材时(如各种高强度合金钢、淬火钢等)，负荷大，钻不动，勉强钻下去，钻头很快磨钝、烧坏。

(2)钻高锰钢及奥氏体不锈钢时，产生严重的加工硬化现象，越钻越硬，钻头磨损很快，产生毛刺很严重。

(3)在钻床上钻钢时(如低碳钢、不锈钢)，切屑长而不断，象两条长蛇一样盘旋而出，缠绕在主轴上，乱甩伤人，很不安全，而且切削液加不进去。

在自动机床上这一问题更为突出。

(4)钻铸铁时，切屑成碎末，像研磨剂一样，高速切削时常把钻头两外缘转角磨损掉。

(5)钻紫铜时孔形常不圆，钻软紫铜也不易断屑，有时钻头被咬在孔。

(6)钻黄铜等材料经常产生“扎刀”现象，轻则把孔拉伤，重则使钻头扭断。

(7)钻铝合金孔壁不光，切屑不易排出，尤其在钻深孔时切屑常挤死在钻沟里。

(8)钻层压塑料(如夹布胶木、夹纸胶木、玻璃丝夹布胶木等)，时常发生孔入口处有毛刺、中间分层、表面变色出黄边、出口处脱皮现象。

(9)钻有机玻璃时，孔不光亮，发暗(乌)，本来是透明净亮的，钻完孔后，孔壁变成乳白色了，更严重时孔壁烧伤，和产生“银斑”状裂纹。

(10)钻橡皮时，孔收缩量很大，易成锥形、上大下小，孔壁毛糙。

二、工艺条件不同产生的问题(1)钻薄板孔，有时工件不便于压紧，人们多采用手扶，但当钻头刚要钻出工件时，手就扶不住工件了，发生抖动，很容易出工伤事故。

另外，孔易产生多角形、毛刺和变形。

硬质合金群钻钻削ZGMn13高锰钢干切削实验研究

! 钻削实验
! " # 切削用量的优化在切削加工中，切削用量选用得合理与否，直接影响到加工质量、生产成本和生产效率。长期以来，金属切削加工中的切削用量是从有关切削手册中查取或凭经验确定的，但从切削用量手册上只能得到一个范围值，很难得到一个最优的切削用量。在实际生产中，由于使用的机床、刀具及工件材料等具体条件不同，有时无法凭借手册或经验确定最合理的切削用量，而通过试验来获取切削用量成本高且效率低，可以充分利用计算机辅助切削用量的优化方法寻求最佳的切削用量。在切削用量三要素中， ! 主要取决于孔径的大小，根据生产实际的需要为某些定值，而不参与优化。因此切削用量的优化主要是切削速度 " 及进给量 # 的优化组合。以单个工序用最大生产效率作为标准，目标函数的自变量为进给量 # 和主轴转速 $ 。当切削速度及进给量取某一数值时，可使生产效率最大，这一数值就是最优的切削用量。以刀具耐用度 %、机床功率 & 、主轴转速 $ 及刀具进给量 # 为约束条件，根据切削速度 " 及进给量 # 的取值范围，采用 !"#$"% 编制了求解程序用以计算目标函数，进而优化切削用量。优化结果如下：进给量 ! & ’())，主轴转速 $ & ./( - , )01。 # & (*(+)) , -， ! " $ 刀具材料的优选目前，切削难加工材料（如 23!1’4 等）应用较多的刀具材料有：硬质合金、陶瓷、立方氮化硼刀具等。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大、强度低，它的导热系数比硬质合金低而热膨胀系数却高于硬质合金特别是抗疲劳强度及抗断裂韧性低的 ’(5 6 4(5 ，

advantedge仿真案例

advantedge仿真案例AdvantEdge仿真案例是指使用AdvantEdge仿真软件进行仿真模拟的案例。

AdvantEdge仿真软件是一种用于切削加工过程的虚拟仿真工具，可以模拟和分析刀具和工件的切削过程，帮助用户优化切削工艺和提高加工效率。

下面将列举10个AdvantEdge仿真案例，以展示该软件的功能和应用。

1. 钢材铣削仿真通过AdvantEdge仿真软件，可以对不同刀具、不同工件材料和切削参数进行仿真模拟，以评估切削过程中的切削力、切削温度、刀具磨损等情况。

通过分析仿真结果，可以优化刀具选型、切削参数和工艺路线，提高铣削加工的质量和效率。

2. 铝合金车削仿真AdvantEdge仿真软件可以对铝合金车削过程进行仿真模拟，以评估切削力、切削温度、刀具磨损等情况。

通过分析仿真结果，可以优化刀具几何形状、切削参数和冷却液的使用，提高车削加工的质量和效率。

3. 碳纤维钻削仿真碳纤维是一种复合材料，具有高强度和轻质的特点，但其加工性能较差。

AdvantEdge仿真软件可以对碳纤维钻削过程进行仿真模拟，以评估切削力、切削温度、刀具磨损等情况。

通过分析仿真结果，可以优化刀具几何形状、切削参数和冷却液的使用，提高钻削碳纤维的质量和效率。

4. 铜材铣削仿真铜材是一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性。

AdvantEdge仿真软件可以对铜材铣削过程进行仿真模拟，以评估切削力、切削温度、刀具磨损等情况。

通过分析仿真结果，可以优化刀具几何形状、切削参数和冷却液的使用，提高铣削铜材的质量和效率。

5. 钛合金车削仿真钛合金是一种常用的高强度、耐腐蚀的金属材料，但其加工性能较差。

AdvantEdge仿真软件可以对钛合金车削过程进行仿真模拟，以评估切削力、切削温度、刀具磨损等情况。

通过分析仿真结果，可以优化刀具几何形状、切削参数和冷却液的使用，提高车削钛合金的质量和效率。

6. 不锈钢铣削仿真不锈钢是一种常见的金属材料，具有耐腐蚀性和高强度。

基于Usui模型的硬质合金刀具切削高强度钢磨损仿真研究

基于Usui模型的硬质合金刀具切削高强度钢磨损仿真研究姜增辉;宋亚洲;贾民飞【摘要】高强度钢切削加工中的刀具磨损对切削效率和加工成本有着重要的影响.通过切削仿真研究刀具磨损具有成本低、可选参数范围大等优点.基于Usui模型建立了采用硬质合金刀具切削高强度钢的刀具磨损仿真模型,并对磨损模型进行了实验验证.仿真研究了刀具几何角度对刀具后刀面磨损的影响规律.结果表明,刃口半径对后刀面磨损影响最大,且后刀面磨损随刃口半径增大而增大,随前角和后角的增大而减小.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】5页(P112-115,121)【关键词】硬质合金刀具;后刀面磨损;高强度钢;刃口半径;前角【作者】姜增辉;宋亚洲;贾民飞【作者单位】沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学机械工程学院,辽宁沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TG501.1高强度钢作为近些年来崛起的新型材料，因其强度高、耐腐蚀性好、耐高温及良好的成形性等特点被广泛用于汽车、建筑、国防科技等各个领域[1］。

这类高强度钢在切削加工过程中刀具磨损严重，为了对切削参数进行合理的选择，提高加工效率和改善工件表面质量，对高强度钢切削中刀具磨损规律的研究就显得十分的重要。

通过仿真研究刀具磨损具有成本相对较低、可选研究参数范围大等优点，近年来逐渐受到一些学者的关注。

岳芸[2］通过运用DEFORM-3D软件，采用Usui刀具磨损模型研究了合金钢30CrNiMo8材料在不同切削参数下的刀具磨损情况，验证了有限元法研究刀具磨损的合理性。

李尧等人[3］基于 ABAQUS进行了30CrMnSiA合金钢正交切削有限元仿真模拟，得到切削时最佳的主轴转速。

Yen[4］等运用DEFORM-2D，利用Kitagawa修正后的Usui差分磨损模型，独立地开发了一种能够同时对刀具的前后刀面进行磨损预测研究的系统。

T型钢的切削性能与切削加工技术

T型钢的切削性能与切削加工技术T型钢是一种常见的结构钢材，因其横截面呈“T”字形而得名。

它具有强度高、刚性好、承载能力强等特点，在建筑、船舶、机械制造等领域得到广泛应用。

然而，当需要对T型钢进行切削加工时，了解其切削性能和相应的切削加工技术是至关重要的。

本文将重点讨论T型钢的切削性能以及适用于T型钢的切削加工技术，旨在提供给读者有关T型钢切削加工的相关知识。

首先，我们将探讨T型钢的切削性能。

T型钢切削性能的好坏直接影响切削加工的效果和机械设备的寿命。

切削性能受到以下几个因素的影响：1. T型钢的材料特性：T型钢通常采用普通碳素结构钢或合金结构钢制造，其硬度和塑性决定了刀具与工件之间的切割过程。

硬度高的T型钢更难切削，切削时需要更高强度的刀具和更精细的切削参数。

2. 切削工艺参数：切削速度、进给速度和切削深度是切削加工中重要的工艺参数。

合理的切削工艺参数能够确保高效的切削过程，提高切削质量，减少切削力和切削温度。

3. 刀具的选择：合适的刀具对切削性能至关重要。

对于T型钢的切削，常用的刀具包括硬质合金刀具、高速钢刀具和涂层刀具。

根据具体的加工要求和T型钢的材料特性选择合适的刀具，以提高切削效率和工件质量。

接着，我们将介绍几种适用于T型钢切削加工的常用技术：1. 铣削：铣削是常用的T型钢切削加工技术之一。

通过转动铣刀进行切削，可以在T型钢上制造出各种形状的槽和孔。

铣削过程需要合理的刀具选择和切削参数控制，以确保切削质量和工件精度。

2. 钻削：钻削是用钻头在T型钢上钻孔的加工方法。

钻孔是T型钢加工中常见的操作，然而，钻削时容易产生毛刺和划痕。

为了解决这个问题，可以采用合适的冷却液或润滑剂，并选择合适的钻头类型和切削参数。

3. 切割：切割是将T型钢切断为所需长度或形状的一项重要技术。

切割工艺通常使用气割、火焰切割、等离子切割等方法。

切割质量的好坏受到切割速度、切割角度和切割工艺等因素的影响。

4. 激光切割：激光切割是现代切削加工技术的新兴方法之一。