针对成形法铣齿加工弧齿锥齿轮大轮,对切削速度、切削深度、进给速度等切削用量对加工表面残余应力的影响规律进行了研究。根据成形法切削加工弧齿锥齿轮的特点,建立斜角切削有限元三维仿真模型,对齿轮的切削加工过程进行模拟分析,运用单因素法分别模拟了切削速度、进给速度、切削深度以及冷却液对工件表面残余应力的影响。由模拟仿真结果得知,弧齿锥齿轮斜角切削已加工表面残余应力沿层深呈“勺形”分布且表面为残余拉应力,亚表面为残余压应力,表面切向残余应力大于轴向残余应力;表面残余拉应力会随进给速度和切削速度的增大而增大,残余应力的层深随进给量的增大而加深,切削深度对残余应力的影响不明显;添加冷却液能够降低表面的残余拉应力。研究为弧齿锥齿轮切削加工残余应力分析提供了理论参考。

传统的小模数弧齿锥齿轮铣齿加工需要使用大量切削液,不仅会造成环境污染,还增加了生产成本;新型高速干切削工艺不使用切削液,减少了环境污染,且可提高生产效率。基于斜角切削理论,将斜角切削等效平面法与弧齿锥齿轮加工理论相结合,研究了小模数弧齿锥齿轮高速干切削工艺。针对小模数弧齿锥齿轮的高速干切削工艺特点,建立斜角切削热力耦合模型,利用Abaqus有限元软件,仿真分析了不同工艺条件对切削力的影响。选取硬质合金作为刀具材料,讨论了小模数弧齿锥齿轮的高速干切削工艺过程,并通过加工试验验证了该工艺的可行性。研究为该工艺的实施提供了参考依据。

铣削功率动态建模对于机床能耗评估具有重要意义,采用圆柱螺旋立铣刀,建立了铣削功率的动态预测模型。将立铣刀离散成一系列无限小的斜角切削单元,运用斜角切削理论建立了流动应力关于应力、应变率和温度的方程,采用数值方法计算出流动应力,将流动应力转化为铣削力,再将铣削力转换为铣削功率。最后对45#钢进行多组不同铣削用量的立铣实验,实验结果表明,建立的铣削功率动态模型误差在10%左右,并且分析了产生误差的原因。

提出了一种解析方法用于研究带有刀尖圆弧过渡刃的非自由车削过程。把外圆车刀的切削刃划分成许多段小的直切削刃,每个离散刃可用斜角切削理论进行建模,它们的切削参数可通过坐标系旋转关系得到。假设每个离散切屑受侧向约束力的强制作用而流向同一方向,根据受力平衡方程,可以得到每个离散切屑上的切削力和主切削刃的流屑角。计算外圆车削的切削力是通过对所有离散切屑所受的切削力进行累加求和。最后,用不同刀尖圆弧半径的车刀对304不锈钢进行了外圆车削实验,测量的车削力与提出模型预测的结果是比较一致的。