摘要：在油气钻探过程中,PDC钻头的动态破岩行为表现出高度的非线性特性,这一过程涉及复杂的位移场与温度场的耦合问题。在切削过程中,由摩擦产生的热量在切削齿上积聚,导致切削系统的温度显著上升。过高的温度会加速切削齿的磨损,甚至可能导致切削齿失效,从而对钻井效率产生负面影响并增加钻井成本。为了预测和分析PDC钻头切削齿破岩过程中的温度分布规律,并揭示其动态破岩特性,基于正交切削理论和岩石弹塑性力学,构建三维耦合位移场-温度场模型,用以模拟PDC钻头切削齿在破岩过程中的非线性动力学行为,分析不同切削参数和结构参数下切削力的大小和温度分布规律。研究结果表明:切削齿的高温区位于切削刃附近的椭圆区域内,且角度在以切削刃为中心的90°~230°范围内;最佳的切削深度为0.001 m,前倾角优选为7.5°。此类参数设定可降低切削齿的磨损,同时避免高温失效,从而最小化切削力和最高温度。本文所提方法为研究PDC钻头整体结构设计和切削齿热损伤提供了理论依据和分析方法,使设计出的PDC钻头对复杂地层具有更好的适应性。

摘要：扩孔器是定向穿越扩孔钻进阶段进行岩土切削的主要工具,合理的结构设计是提高扩孔时效、降低工程复杂问题出现几率的主要手段,且由于扩孔阶段是决定定向穿越工程工期的最主要阶段,因此,对扩孔器切削齿的切削效率进行深入研究是非常必要的。从单齿正交切削岩土的机制入手,综合考虑岩土与切削齿面之间的接触摩擦及岩土剪切区的剪切作用,分析了单齿正交切削岩土的力学特征,基于能够考虑中间主应力对岩土破坏影响的Drucker-Prager强度准则,推导了单齿正交切削岩土的主切削力与主切削力矩计算公式;在利用有限元计算程序对所推导公式进行验证的基础上,优选了剪切角计算模型,获得了不同岩土材料时的主切削力解析解,并分析了不同齿前角对主切削力的影响规律,从而获得单齿正交切削岩土的最优齿前角,为进一步研究扩孔器整体结构设计并针对不同岩土介质设计出适应性更强的扩孔器结构奠定基础。

摘要：为了优化设计直齿圆柱铣刀前角以延长刀具使用寿命,建立了金属切削加工的平面应变有限元模型.该有限元模型基于切削加工的热弹塑性有限元方程和力学边界条件的简化,综合了切屑的几何和物理分离标准,利用修正的库仑摩擦定律定义了刀屑间的摩擦.模拟了不同刀具前角和不同切削速度条件下的切削加工过程.结果分析表明,在相同材料去除率情况下,刀具前角越大,刀具前刀面上的切削温度越低,刀具具有较长的使用寿命.通过优化刀具前角,提高切削速度,切削力和切削温度变化较小,但是显著提高了材料去除率.

摘要：涉及动态塑性变形的各种工程实践以及塑性动力学理论研究,都迫切需要知道材料的动态力学性能,为此,人们做了很大的努力。但迄今为止,在大应变和高应变率条件下的材料力学性能数据仍然十分缺乏。金属切削过程以其独特的塑性变形方式,能够达到常规力学试验方法难以实现的大应变和高应变率,因此,通过精心的试验设计,可以从中获得金属材料的动态力学性能。

摘要：金属切削过程涉及复杂的非线性问题,基于材料变形的弹塑性理论,建立了铸态高强度耐磨铝青铜正交切削过程的三维数值模型,分析了切削区的应力分布、温度分布和切削力规律。结果显示工件上的等效应力主要分布于刀刃附近,最大等效应力则分布于第Ⅰ变形区;最高温度分布于第Ⅱ变形区中,切屑与刀具摩擦区离刀刃一定距离部位;切削力随切削深度的增大而线性增大。数值分析结果与试验结果一致性很好,表明金属切削过程数值分析方法在研究切削理论与材料切削工艺性能等方面意义重大。

摘要：应用有限元方法计算了正交切削刀具的应力。对正剪切和负剪切的应力分布进行了比较,分析了负剪切易引起刀具破损的原因;对刀具前角分别为0°、10°、15°时的等效应力进行了对比,分析了刀具前角变化对刀具强度的影响。

摘要：为了清除附着在海洋钢桩上的污损生物,本文设计了一款海洋钢桩清刷机器人,携带刮削清理工具,以藤壶为典型清理对象,研究了切削力对附着在海洋钢桩表面污损生物的清理作用。基于正交切削理论和Peel Zone方法,提出了将刮削法及其切削力模型用于清理被污损生物附着的海洋钢桩表面。用有限元方法验证分析模型误差,表明切削力的相对误差小于15%。该模型可用于清刷机器人设计中的切削力估算。分析表明:刀具前角对切削力影响较大,减小刀具前角到45°,较前角为60°时,曲线拟合相对误差增大,清理效果相对不理想,在今后设计海洋钢桩清刷机器人设计中,不建议减小设计清理刀具的前角。

摘要：采用热力学耦合有限元方法研究了淬硬钢精车过程中切屑形成规律。运用H13 淬硬模具钢流动应力模型进行数值模拟,考查了H13淬硬模具钢精车过程中工艺参数对工件性能和刀具的影响。结果表明:切削速度愈高,进给量愈小,刀具刀尖半径愈大,则工件加工层上的静水拉应力愈小,表面质量愈好; 淬硬钢精车时径向力起主要作用,大于切削力;切削速度愈大,切削力和径向力则愈小,愈有助于改善工件加工层上的表面质量;切削速度、进给量和刀具刀尖圆角半径愈大,工件和刀具温度愈高,愈易导致刀具前刀面扩散磨损和刀具后刀面磨损。研究结论有助于优化H13淬硬模具钢精车过程中工艺参数选择和改进刀具镶片设计。

摘要：航空航天工程广泛采用薄壁复杂结构零件,实现其高效精密数控加工关键技术具有重大的现实意义．传统的CAD/CAM软件在确定切削策略和规划刀位轨迹时,一般仅基于零件的理想几何形状．由于切削力引起的刀具、零件显著的加工变形即“让刀”现象,必然导致零件的实际加工表面与理论值之间存在较大偏差．工程师往往不得不通过选用比较保守的切削用量和多次重复精加工过程来保证零件的加工精度．为了能够从根本上解决这一问题,很有必要通过建立准确的切削力预报模型,仿真切削加工的物理过程,揭示工件和刀具的加工变形规律,补偿原始数控刀具轨迹,最终达到改善工件加工精度和提高加工效率的目的．本文综述了各种不同的切削力建模方法,包括基于切屑形成机理的二维正交切削力模型、基于单位切削力系数的铣削力模型、神经网络模型以及模糊灰色理论等．目的是为实现薄壁复杂结构零件的加工变形预测控制、关键工艺参数优化以及加工过程的物理仿真提供理论基础．

摘要：以易切削黄铜的加工表面粗糙度与各种加工参数的关系为对象,将L9( 34)型正交切削试验数据作为训练学习样本,同时以与正交试验参数有关的6个样本作为预测样本,用BP神经网络对其进行了预测。结果表明:经设计的BP神经网络训练1183次,其最大误差不超过5 % ;人工神经网络与正交试验相结合,能大大节省预测时间和费用,效果很好。