铝合金7050切削过程的数值模拟与试验

为研究铝合金7050切削过程的切削机理,建立了正交直角切削有限元模型,对铝合金7050加工过程进行了正交切削有限元模拟,详细叙述了几何模型的建立、材料应力应变关系及刀屑摩擦模型等关键技术。通过数值模拟获得了切屑成形过程、残余应力分布、切削力曲线等。通过一系列的切削试验,研究了切削参数对切削力的影响规律,并在相同切削条件下对试验和模拟获得的切屑形态及切削力进行了对比。切削试验和数值模拟获得的切削力及连续带状切屑与同样参数下的模拟结果比较相符,试验研究结果验证了数值模拟铝合金7050切削的正确性。     

基于单磨粒的中密度纤维板磨削特性比较研究

  目的  探究圆锥形磨粒和棱锥形磨粒对中密度纤维板（MDF）的磨削特性差异，考察切削刃对于纤维材料磨削去除的作用机制，为实现MDF高效磨削提供理论依据。  方法  采用球头圆锥磨粒和五棱锥磨粒，采用楔形式划擦法，分别对MDF开展磨削试验。使用高速摄像机、三维测力仪、3D轮廓仪测定动态磨削过程、动态磨削力变化以及磨削表面的形貌轮廓等评价指标。  结果  球头圆锥磨粒在沟壑两侧形成更多的材料隆起，但沟壑边沿区域的初始表面完整性更好。当沟壑体积相近时，五棱锥磨粒产生更多的磨屑，且在单道磨削痕迹中产生磨屑的相对时点更早，更明显的磨屑流沿着切削方向从两个前刀面流出。五棱锥磨粒的切向磨削力达到最大值的相对时间点要早于球头圆锥磨粒。两种磨粒磨削MDF时的磨削力与磨削深度均呈现二次幂增加趋势，但五棱锥磨粒对应的磨削力比更大。两种磨粒切削时比磨削能与沟壑体积呈先降低后增大的二次幂关系，并存在一个转折点即临界沟壑体积（对应一个临界磨削深度）；在沟壑体积基本相同时，球头圆锥磨粒真实的比磨削能较五棱锥磨粒更大。  结论  具有明显切削刃特征的五棱锥磨粒在磨削MDF时具有更优的磨削性能，具体表现为更高的材料去除率以及更高的能量利用率。可见，切削刃对于由纤维组成的材料具有重要的磨削去除作用。      

冻土切削理论分析

根据一系列冻土切削试验结果，认为冻土切向切削力运近似服从正态统计分布。根据冻土切削破坏过程机理，得出切向切削力峰值的理论表达式。此表达式包容了切刀切入阻力和撕裂阻力，建立了切向削力峰值与冻土强度，切削深度及切刀几何角度等因素的关系。     

中国主要树种的切削性能的研究——木材的密度对切削力的影响

本文通过木材密度对切削力的影响,探讨了木材的切削性能。对61种树种(针叶树11种,阔叶树50种)进行三个方向切削(纵向切削、横向切削、端向切削),两个切屑厚度的基本切削。通过切削实验,分别得出了主切削力Px与木材密度ρ之间的关系。实验结果表明,主切削力Px与木材密度ρ之间成如下关系:Px=a+bρ。此外,根据在切削中切屑的形成过程和木材产生的各种变形以及木材的强度特性,对主切削力随着木材密度的变化而变化的特点和机理作了分析。     

中密度纤维板和红松磨削过程材料去除机理的研究

目的磨削作为一项木质材料精加工技术，研究木质材料磨削过程中的材料去除行为对提高磨削效率和加工表面质量具有重要意义。方法本研究设计了木质材料单磨粒磨削实验平台，采用横向划擦法，利用扫描电镜和3D轮廓仪考察了单磨粒在中密度纤维板(MDF)和红松(Pinus koraiensis)表面形成的划擦痕迹形貌，并测定了相关特征参数，分析了最大磨削深度、沟壑面积对隆起比的影响，并根据磨粒与试件接触过程中磨削力、综合摩擦系数的变化情况，研究磨粒引起的材料变形。定义λ为划擦方向与木材纹理方向之间的夹角。结果与金属磨削过程不同，中密度纤维板和红松划擦时形成的隆起区域很小。红松横纹划擦时(λ = 90°)，被磨粒切刃横向割断的木材在试件表面形成断茬，局部接触区域发生压溃式切削。红松顺纹划擦时(λ = 0°)，隆起比集中在0~0.05，而中密度纤维板的隆起比呈现高度离散。在对红松进行横纹划擦时，法向磨削力F_n和切向磨削力F_t均呈剧烈振荡，而在中密度纤维板和红松顺纹划擦过程中，F_n和F_t都近似符合正态分布，并且随着磨粒切入试件深度的不断增加，F_n和F_t均随之增大，最大值出现在最大切入深度处附近。就中密度纤维板而言，F_n大于F_t，而红松顺纹划擦时F_t略大于F_n。无论是中密度纤维板还是红松顺纹划擦时，磨粒切入试件形成沟壑后半段的综合摩擦系数略大于初期。结论红松磨削过程中，其内部的孔隙(如轴向管胞、解剖学上的植物内部腔洞等)分布和木材纹理方向对材料的变形流动、加工表面质量有着重要影响。中密度纤维板较红松而言，在磨削痕迹两侧产生较多的塑性隆起，隆起比随磨削深度、沟壑面积变化呈现高度离散。在磨粒切入试件过程中，磨粒所受的综合摩擦力是逐渐增大的。      

奥氏体不锈钢0Cr18Ni9切削过程的有限元切削模拟

为研究不锈钢切削加工特性,采用有限元软件Deform-2D构建0Cr18Ni9(美国牌号AISI 304)奥氏体不锈钢的正交切削仿真模型,并对其进行二维有限元仿真。模拟分析中,利用Johnson-Cook本构模型确立工件材料模型,刀屑界面摩擦采用剪切摩擦,运用CrockroftLatham断裂准则来完成工件材料的断裂及锯齿状切屑的实现。通过改变刀具前角、切削速度以及进给量,考察其在切削加工过程中对切削温度、切削力及锯齿化程度等影响规律。该结果将为今后研究不锈钢的切削加工及其切削机理提供参考依据。     

电链锯锯切试验台设计及影响锯切性能因素的遴选

根据电链锯锯切机理,以锯切比功为锯切性能主要评价指标,以切削力、进给力、进给速度、链轮轮轴扭矩、链轮轮轴转速为电链锯锯切试验台的主要功能参数,在借鉴已有研究成果基础上,设计了电链锯锯切试验台.以红松、杨木两个树种木材作为试材,采用3种不同的锯链对试材进行锯切试验,应用多因素正交试验、单因素试验对电链锯锯切指标影响因素进行分析,检测电链锯锯切试验台性能.结果表明:设计的锯切试验台,结构设计合理,能够完成目标参数的测定.各因素对切削力的影响,由大到小依次为锯口长度、锯切深度、含水率、切削速度;各因素对锯切比功的影响,由大到小依次为锯口长度、含水率、切削速度、锯切深度.单因素影响试验表明,木材含水率、锯口长度、锯切深度的增加均会导致电链锯锯切过程中切削力和进给力的增加,切削速度对切削力和进给力的影响较小;锯口长度、锯切深度的增加会导致锯切比功降低,含水率、切削速度的增加会导致锯切比功增加.保持较低的木材含水率、较高的电机转矩、较大的锯口长度、较大的锯切深度,可获得更高的锯切效率;在试验范围内,当含水率为10％、锯口长度为20 cm、锯切深度为10 mm、切削速度为14 m/s时,电链锯取得最优锯切效率.     

基于响应面法的不同锯料角锯齿的木材切削力模型

木材锯切为闭式切削,其中侧刃的作用不可忽视。为探寻锯切过程中侧刃对切削力的影响并将其量化,采用不同锯料角锯齿对樟子松Pinus sylvestris和水曲柳Fraxinus mandshurica做单齿切削力试验,利用响应面分析法中的四因素三水平的Box-Behnken Design（BBD）试验设计和建模方法,研究了锯料角、切削厚度、含水率和刀具前角等参数对切削力的影响,并建立切削力模型。结果发现:采用响应面法建立的木材切削力多元回归数学模型,可较为有效地反映切削力与各因素之间的关系（R2=0.92和R2=0.94）;在闭式切削过程中,锯齿的锯料角对切削力有一定影响,且随着锯料角的增加,切削力缓慢降低;切削厚度对切削力影响显著,其次是刀具前角,木材含水率、锯料角对切削力的影响最小。     

切削参数对加工质量影响的有限元模拟

通过DEFORM软件模拟,研究了零件机械加工过程中切削速度、切削深度和进给量对切削力的影响,切削用量、切削深度和走力量对零件表面质量的影响。     

20CrMo钢干切削过程的有限元分析及性能实验

以20CrMo钢材料本构方程为基础,采用三维仿真软件Deform-3D 建立了20CrMo钢及其切削刀具的有限 元模型,对20CrMo钢的干切削过程进行了有限元仿真,得出了在不同切削用量下主切削力和切削温度的变化规 律,切削过程中刀具和工件的应力及切削热分布情况,对主切削力进行了实验对比分析,验证了仿真的可行性.研 究结果表明:背吃刀量和进给量分别增大1倍时,主切削力分别增加约100%和74%,当切削速度大于60m/min 时,主切削力逐渐减小,并趋向稳定于150N;背吃刀量、进给量和切削速度分别增大1倍时,切削温度分别增加 约7%,9%和22%;刀具的最大等效应力出现在前刀面主切削刃附近,最高切削温度出现在工件切削层第二变形区 的主切削刃附近;模拟得到的主切削力与实验结果之间最大误差为12.2%,最小误差为3.2%.为进一步优化 20CrMo钢的切削工艺提供了重要依据.