复杂槽型刀片车削时表面残余应力有限元仿真与试验

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1、学术论文RESEARCH复杂槽型刀片车削时表面残余应力有限元仿真与试验术刘二亮1，宁世友1，邱峰1，何耿煌1，陈学强1，郑永纯1，王亚威2(1．哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨150080；2．哈尔滨东安发动机(集团)有限公司，哈尔滨150069)【摘要】针对复杂槽型车刀片对残余应力分布的影响进行有限元仿真，得到前角及涂层对残余应力的影响规律；通过切削试验分析了切削参数和刀具参数对切削力和切削温度的影响作用，进而研究了槽型和涂层对残余应力的影响规律。研究结果表明：涂层刀具减少了已加工表面的残余拉应力；轴向和切向残

2、余应力是拉应力，且切向残余应力大于轴向残余应力。关键词：残余应力；切削参数；涂层刀具；槽型FEMSimulationandExperimentonSurfaceResidualStressinTurningWithComplexGrooveToolsLIUErliang‘，NINGShiyoul，QIUFen91，HEGenghuan91，CHENXueqian91，ZHENGYongchunl，WANGYawei2(1．SchoolofMechanicalandPowerEngineering，HarbinUnive

3、rsityofScienceandTechnology,Harbin150080，China；2．AVICHarbinDonganEngine(Group)CorporationLTD．，Harbin150069，China)【ABSTRACT】Fortheinfluenceofcomplexgroovetoolsonresidualstressdistribution，thefiniteelementsimulmioniscarriedout，theeffectsofrakeangleandcoatingisanal

4、yzed．Thentheinfluenceofcuttingandtoolparametersoncuttingforceandtemperature，whilestheinfluenceofgrooveandcoatingontheresidualstressareanalyzed．Theresearchresultsindicatedthatthecoatedtoolsreducedtheresidualtensilestressinthemachinedsurface．Theaxialandtangentialr

5、esidualstressistensilestress，andthetangentialresidualstressislargerthantheaxialinmachining．Keywords：Residualstress；Cuttingparameters；Coatedtools；GrooveDOI：10．16080／j．issnl671—833x．2016．06．096国内外学者从20世纪50年代开始对金属切削加工表面的残余应力进行研究，取得了显著的成果11-31。2005年Ee采用弹塑性有限元法对工件表面残

6、余应力进行研究，分析卸载和冷却阶段对残余应力的影响作用，得出比较准确的残余应力的预测值Hl。王素玉等针对切削速度对残余应力的影响规律进行了有限元仿真分析【5】。试验方面，孙建英等进行了高速切削加工表面残余应力的研究与控制1610Jaeobson通过车削淬硬钢的试验研究，发现负刀具前角越大、刀具半径越小越容易产生残余压应力

7、7】。孔庆华等进行了刨削试验研究，得出了工件材料、切削参数等对残余应力的影响规律18l。残余应力是一个非常复杂的问题，切削参数、刀具几何参数、材料匹配和加工工艺等因素均会对其产生一定的影响[9-111

8、0上述研究侧重于残余应力的理论建模、试验分析和有限元仿真预测等方面，但是复杂槽型对残余应力影响的研究鲜见报道。{项目基金：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(125l1085)。96航空制造技术·2016年第6期本文以复杂槽型车刀片车削45钢时的已加工表面残余应力为研究对象，通过有限元仿真和试验手段，分析复杂槽型对力、温度、残余应力的变化规律的影响作用。1复杂槽型车刀片切削时残余应力的建模仿真本文采用ThirdWaveAdvantEdge自身所携带的材料本构关系(Power—Law本构模型)进行有限元仿真。模型材料从材料库

9、中选用AISll045，即45钢，刀具选用硬质合金刀具，建模边界条件如图1所示，取切削速度以=250mm／min，切削深度为口。=0．5mm，进给量为f=o．25mm／r，后角以为10。。1．1复杂槽型前角对残余应力的影响取前角y。分别为50、10。、150，切削刃半径为0．015mm。如图2(a)所示，已加工表面的残余应力为拉应