二維硬態(tài)切削過(guò)程的有限元仿真論文模板

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 二維硬態(tài)切削過(guò)程的有限元仿真 摘 要 本文提供了 一個(gè) 用聚晶立方 氮化硼刀具（ PCBN）切削淬硬鋼的有限元分析模型。 該模型 基于自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)和大變形技術(shù)， 從而解決了 在切屑變形過(guò)程中由于網(wǎng)格變形過(guò)大出現(xiàn)的網(wǎng)格畸變問(wèn)題。在模擬切屑形成的過(guò)程中， 使用了 純粹的變形技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)了基于切屑分離準(zhǔn)則的傳統(tǒng)有限元模型的不足。這種方法不僅消除了切屑分離準(zhǔn)則和預(yù)先定義分離線的需要，同時(shí)獲得了一個(gè)更加真實(shí)和合理的切屑成形過(guò)程。本文用商業(yè)有限元軟件ABAQUS/Explicit 模擬不同刀具幾何參數(shù)對(duì)切削力的影響，建立了直角切 削時(shí)平面應(yīng)變條件下刀具切削過(guò)程的仿真模型，并對(duì)不同切削幾何參數(shù)（倒棱角度、切削速度）的有限元模型進(jìn)行了計(jì)算分析和比較，并通過(guò)進(jìn)行正交高速切削實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出了較為合理的硬態(tài)切削過(guò)程的刀具幾何參數(shù)，這對(duì)實(shí)際切削過(guò)程的刀具優(yōu)化設(shè)計(jì)和降低成本有著重要的指導(dǎo)意義。 關(guān)鍵詞 切削仿真； ABAQUS/Explicit 軟件；自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)；二維直角切削 按章標(biāo)題格式編輯、黑體、小二、加粗、居中， 2 倍行間距，段前段后為 0。 摘要是論文內(nèi)容的簡(jiǎn) 要 陳述，包括論文主要信息，具有獨(dú)立性和 完 整性。中文摘要一般400 字左右，不標(biāo)注引用文獻(xiàn)編號(hào)。文字為宋體小四單倍行距。 關(guān)鍵詞，黑體 加粗，與上一段空一行，后面緊跟空格 主題詞條應(yīng)為通用技術(shù)詞匯，不得自造關(guān)鍵詞。 關(guān)鍵詞中間用分號(hào)間隔，關(guān)鍵詞一般為 3 至 5 個(gè)，按詞條外延層次由高至低順序排列。 頁(yè)碼大寫(xiě)的羅馬數(shù)字 操作： 1.將論文名字選中，然后點(diǎn)樣式 2.點(diǎn)擊樣式里的“ 章標(biāo)題（不加入目錄內(nèi)） ” 摘要：將“摘要” 2 字選中， 只需點(diǎn)擊 樣式里的“ 標(biāo)題 ”。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II 2D Cutting Process of Processing and FEM Abstract This paper presents a FEM simulation model for the analysis of cutting hardened steels using Polycrystalline Cubic Boron Nitride(PCBN) tool. The model is built on an adaptive meshing approach and deformation technique which solves the excessive mesh distortion problem due to large deformation existing in the chip formation process of cutting. In modeling the chip formation, a pure deformation technique is employed to address the deficiency of the conventional FEM model built based on chip separation criterion. This method not only eliminates the need of the use of the chip sepration criterion and a pre-defined separating line, but also achieves a more realistic and reasonable chip formatin process. In this paper the different tool geometrical parameters effect upon cutting forces is simulated using commercial FEM code ABAQUS/Explicit. It establishes the emulation of tool cutting process in 2-D orthogonal cutting and plane strain condition, calculates the analytical models and compares the results, achieves a considerable reasonable geometrical parameters and morphological features of chip formation during hardened steel cutting process, which agrees well with the previous experiments. This has a instructional significance in the optimization of tool edge design and helps cutting the cost. Keywords Cutting simulation； ABAQUS/Explicit； Adaptive meshing technique； 2-D orthogonal cutting 英文摘要 1.5 倍行間距。 英文摘要應(yīng)與中文摘要內(nèi)容完全相同（ 1200-1500 字符） , 字 體 為T(mén)imes New Roman， 12 號(hào) 。 操作： 1.將論文英文名選中，然后點(diǎn) 2.點(diǎn)擊“章標(biāo)題（不加入目錄內(nèi)）” 3.將“ Abstract”選中，只需點(diǎn)樣式里的“標(biāo)題”。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 緒論 . 1 1.1 課題背景 . 1 1.1.1 課題來(lái)源 . 1 1.2 課題的研究的背景和意義 . 1 1.2.1 課題的總體內(nèi)容 . 1 1.2.2 課題敘述 . 1 1.3 超硬刀具材料發(fā)展?fàn)顩r . 1 1.3.1 概述 . 1 1.3.2 超硬刀具材料發(fā)展概況 . 2 1.3.3 PCBN 刀具的性能及應(yīng)用 . 2 1.4 有限元仿真技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及前景 . 3 1.5 本章小結(jié) . 3 第 2 章 有限元方法簡(jiǎn)介 . 4 2.1 有限元法分析問(wèn)題概述 . 4 2.2 平面問(wèn)題的有限元法 . 4 2.3 本章小結(jié) . 5 第 3 章 ABAQUS 的仿真建模 . 6 3.1 金屬切削過(guò)程描述 . 6 3.2 ABAQUS 仿真模型的建立 . 6 3.2.1 總體模型 . 6 3.2.2 材料特性 . 6 3.3 本章小結(jié) . 7 第 4 章 ABAQUS 的仿真計(jì)算分析與結(jié)果比較 . 8 4.1 倒棱角度對(duì)切削力的影響 . 8 4.1.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù) . 8 4.1.2 切 削過(guò)程的模擬結(jié)果 . 8 4.1.3 工件切削區(qū)域的應(yīng)力分布 . 8 4.1.4 切削力影響分析 . 10 4.2 刀具進(jìn)給速度對(duì)切削力的影 響 . 10 4.2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù) . 10 4.2.2 工件切削區(qū)域的應(yīng)力分布 . 10 4.3 正交切削實(shí)驗(yàn) . 10 4.3.1 實(shí)驗(yàn)條件 . 10 目錄自動(dòng)生成，采用三級(jí)目錄，每一級(jí)之間有 縮進(jìn) 。 完成正文全部?jī)?nèi)容后再生成。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 4.3.2 正交高速硬態(tài)切削實(shí)驗(yàn) . 11 4.4 本章小結(jié) . 12 結(jié)論 . 13 參考文獻(xiàn) . 14 致謝 . 16 附錄 . 17 操作：目錄的自動(dòng)生成（生成之前先打上“目錄” 2 字，然后點(diǎn)擊樣式里的“標(biāo)題”） 1.引用 -點(diǎn)插入目錄 . 2.點(diǎn)目錄 3.點(diǎn)擊插入目錄 4.點(diǎn)擊確定 5.如果生成后頁(yè)碼不正確 ,則 選中目錄 ,點(diǎn)擊右鍵 ,然后點(diǎn)更新域 ,選擇只更新頁(yè) 碼 . 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 1.1 課題背景 1.1.1 課題來(lái)源 本課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“淬硬鋼高速切削過(guò)程的建模與仿真”。 1.2 課題的研究的背景和意義 21 世紀(jì)生產(chǎn)工程的重要內(nèi)容之一是面向環(huán)境清潔的綠色制造技術(shù) ， 來(lái)進(jìn)一步理解和學(xué)習(xí)硬態(tài)切削技術(shù) 1。 1.2.1 課題的總體內(nèi)容 1.2.1.1 概述 運(yùn)用有限元分析軟件 ABAQUS/ Explicit 對(duì)硬態(tài)切削的過(guò)程進(jìn)行有限元仿真，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析和對(duì) 比，進(jìn)而驗(yàn)證有限元模型的正確與否。 1.2.1.2 內(nèi)容 2 本論文只對(duì)金屬切削刀具的有限元分析進(jìn)行初步探索，就切削過(guò)程而言，我們也只是以從刀具和工件剛剛接觸到剪切角形成這樣一個(gè)階段作為主要研究對(duì)象， 它己經(jīng)包含了穩(wěn)定切削的幾乎全部信息 2。 1.2.2 課題敘 述 有限元理論到現(xiàn)在發(fā)展的已比較成熟，就簡(jiǎn)單的介紹這些。本試驗(yàn)中還涉及到彈塑性有限元的有關(guān)理論，這里也不作介紹。 1.3 超硬刀具材料發(fā)展?fàn)顩r 1.3.1 概述 隨著材料工業(yè)及精密機(jī)械工業(yè)的發(fā)展 ，作為使用有限元解決各種工程問(wèn)題的工程師來(lái)說(shuō)，目前已有大量的有限元軟件可供選擇和 使用。 緒論應(yīng)是綜合評(píng)述前人工作，說(shuō)明論文工作的選題目的和意義，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述，以及論文所要研究的內(nèi)容。 所有參考文獻(xiàn)在文章中都要對(duì)應(yīng)引用，并按照順序出現(xiàn)， 與參考文獻(xiàn)目錄表相對(duì)應(yīng)， 采用上標(biāo)格式 ，置于標(biāo)點(diǎn)符號(hào)前，最后一個(gè)文字后 。 標(biāo)題 1 章標(biāo)題 標(biāo)題 2 節(jié)標(biāo)題 標(biāo)題 3 條標(biāo)題 正文頁(yè)碼從阿拉伯?dāng)?shù)字 1 開(kāi)始 “ 1.1.1”不能單獨(dú)出現(xiàn)，最少應(yīng)有“ 1.1.2” 操作：上標(biāo)的設(shè)置 1.先選中“ 1”，右鍵點(diǎn)字體 2.選擇上標(biāo)如圖，點(diǎn)確定。 不得將引用文獻(xiàn)標(biāo)示置于各級(jí)標(biāo)題處。 這就是錯(cuò)的 操作 :樣式里 標(biāo)題 4 款標(biāo)題 建議 :段落末尾 與 下一 標(biāo)題 之間有一空行 （回車） 單 獨(dú) 出現(xiàn) 這 就是錯(cuò)的 正文全部為宋體小四，單倍行距。 *注意 *： 各級(jí) 標(biāo)題 格式 中 均 自帶 編號(hào) ，即 “ 第 1 章 ” 、 “ 1.1” 等 無(wú)需 作者 輸入 ，僅輸入 各級(jí) 標(biāo)題 的 名稱 即可 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 1.3.2 超硬刀具材料 發(fā)展概況 超硬刀具材料 是指天然金剛石及硬度、性能與之相近的人造金剛石 。立方氮化硼（ Cubic Boron Nitride，簡(jiǎn)稱 CBN）。由于天然金剛石價(jià)格比較昂貴，所以生產(chǎn)上大多采用人造聚晶金剛石（ Polycrystalline Diamond,簡(jiǎn)稱PCD）、聚晶立方氮化硼（ PCBN），以及它們的復(fù)合材料 6。超硬材料發(fā)展情況見(jiàn)圖 1-16。 圖 1-1 超硬材料發(fā)展史 目前，又出現(xiàn)了人工合成大單晶金剛石，以及用 CVD（化學(xué)氣相沉積）法制出 的金剛石薄膜涂層和金剛石厚膜等功能 性材料， 大大拓寬 了超硬刀具材料 的應(yīng)用領(lǐng)域 4。 至 1997 年我國(guó)人造金剛石年產(chǎn)量就已達(dá)到 5 億克拉左右， CBN 年產(chǎn)量達(dá) 800 萬(wàn)克拉，躍居世界 上超硬材料 生產(chǎn)大國(guó)之首 6。 1.3.3 PCBN 刀具的性能及應(yīng)用 仿真所使用的刀具材料為 PCBN， PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具具有硬度高 1 PCBN 的組成成分對(duì)刀具性能的影響 (1) 結(jié)合劑對(duì) PCBN 刀具性能的影響 ：一般加陶瓷粘結(jié)劑的 PCBN刀具具有較高的耐高溫磨損能力和較強(qiáng)的抗粘結(jié)能力 3。 1) 2) 3) 圖和圖名均居中，圖名位于圖的下方 圖名采用 5 號(hào)字，格式為1-1 表示第 1 章第 1 個(gè)圖，依次排序。建議圖名和下面文字之間空一行 。 節(jié)或款標(biāo)題下面，分成幾項(xiàng)說(shuō)明問(wèn)題時(shí)，根據(jù)情況通常可分成四級(jí)，四級(jí)的符號(hào)分別用 1、 (1)、1)、 表示。 插圖之 前，文中必須有關(guān)于本插圖的提示。 項(xiàng) 的 序號(hào) 空 兩格書(shū)寫(xiě) 論文中凡是摘選參考文獻(xiàn)的圖及表，必須在圖注及表注中用 表明 。 圖中字體應(yīng)小于正文字號(hào) 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 (2) CBN 含量對(duì) PCBN 刀具性能的影響 ： (3) CBN 晶粒尺寸對(duì) PCBN 刀具性能的影響 ： 2 PCBN 復(fù)合片 PCBN 刀具的制造分為 PCBN 復(fù)合片（ PCBN/硬質(zhì)合金）制造（高溫高壓燒結(jié)體）和將復(fù)合片進(jìn)行切割、焊接、刃磨制成各種刀具 ，其切削部分如 圖 1-24所示 。 圖 1-2 PCBN 刀具切削部分結(jié)構(gòu)形式 3 PCBN 刀具的結(jié)構(gòu) 常見(jiàn) PCBN 刀具切削部分的結(jié)構(gòu)有以下 4 個(gè)種類。 (1) 將大顆粒 PCBN 燒結(jié)塊固定于刀頭之上 (2) 機(jī)夾可重磨式復(fù)合片刀頭 (3) 在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片一個(gè)角 (4) 焊接式 PCBN 刀具結(jié)構(gòu) 4 PCBN 刀具的應(yīng)用 PCBN 刀具在使用前有必要用油石輕輕對(duì)刃口倒角，以保護(hù)其刃口。當(dāng)采用車削工藝時(shí)，事先須用淬火的棒料進(jìn)行粗加工或精加工試驗(yàn)。目前，國(guó)內(nèi)已有許多單位采用了這種精車工藝，如某集團(tuán)公司用 PCBN 刀具加工滲碳淬火（ 5863HRC）的 20CrMnTi 變速箱齒輪撥叉槽，采用v=150mm/min， f=0.1mm/r， p =0.20.3mm，實(shí)現(xiàn)了以車代磨，刀 具切削行程達(dá)到 9.58km。 1.4 有限元仿真技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及前景 1973 年美國(guó) Illinois 大學(xué)的 B.E.Klameck 最先系統(tǒng)地研究了金屬切削加工中切屑 (chip)形成的原理。 1.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了 特殊符號(hào)用插入符號(hào)，下標(biāo)的設(shè)置參見(jiàn)上標(biāo)。下標(biāo)表示不變量為正體，即數(shù)字 1、 2、字母 a、 b 等，當(dāng)表示變量時(shí)用斜體，通常為 i， j 字母表示變量時(shí)為斜體，不變的量為正體，比如 ，物理量單位為正體，注意kW， kN等 ,k 為小寫(xiě)，表示千；MPa ， P大寫(xiě)。 操作：符號(hào)的位置 1. 點(diǎn)插入，然后點(diǎn) “符號(hào) ” 2. 如沒(méi)找到想要的，點(diǎn) “其他符號(hào) ”,然后再字體里選擇 “symbol” 正文 每 章都應(yīng)有小結(jié) 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 有限元方法簡(jiǎn)介 2.1 有限元法分析問(wèn)題概述 以變分原理為理論基礎(chǔ)、分為六個(gè)步驟： 1. 結(jié)構(gòu)的離散化 2. 選擇位移模式 根據(jù)所選定的位移模 式，就可以導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示單元內(nèi)任意一點(diǎn)位移的關(guān)系式，其矩陣形式見(jiàn) 式 (2-1)1： IPMu iii )()(1)( (2-1) 在此，我們順便指出： 3分析單元的力學(xué)特性 位移模式選定以后，就可以進(jìn)行單元的力學(xué)特性的分析，包括下面三部分的內(nèi)容： (1) 利用幾何方程由位移表達(dá)式導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表變關(guān)公式 (2-2)2： uttuu iiiii )()()1()2/1()2/1( 2 (2-2) (2) 利用本構(gòu)方程，由應(yīng)變的表達(dá)式 (2-2) 導(dǎo)出用結(jié)點(diǎn)位移表示單元應(yīng)力的關(guān)系見(jiàn)式 (2-3)2： m axm ax 2,2m in wt (2-3) 式中 wmax 是力學(xué)求解控制系統(tǒng)方程的最高頻率， max 是熱求解控制系統(tǒng)方程的最大特征值 。 (3) ABAQUS/Explicit 提供了兩種模擬接觸相互作用的算法：通用接觸算法和接觸對(duì)算法。通用接觸算法（ general contact）允許非常簡(jiǎn)單的定義接觸，對(duì)于接觸表面的類型的限制很少， 22132132221311322312112s i nc o s)(c o sc o ss i n)(c o sc o ss i n)(2-4) (4) 結(jié)合所有單元的平衡方程，建立整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程。這個(gè)集合過(guò)程包括有兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是將各個(gè)單元的剛度矩陣，集合成整個(gè)物體的整體剛度矩陣；二是將作用于各單元的等效結(jié)點(diǎn)力陣列，集合成總的荷載列陣。最常用的集合剛度矩陣的方法是直接剛度法。 2.2 平面問(wèn)題的有限元法 題目層次不宜太多。不論幾級(jí)標(biāo)題都不能單獨(dú)置于頁(yè)面的最后一行，即標(biāo)題排版中不能出現(xiàn)孤行。正文的排版中各段也盡可能不出現(xiàn)孤行。 這就是錯(cuò)的 說(shuō)明：公式中第一次出現(xiàn) 的物理量應(yīng)進(jìn)行注釋，如上所示。若公式前有“解”、“證”、“假設(shè)”等文字時(shí)，文字頂格寫(xiě)。 每一章都另起一頁(yè) 公式在換行排版時(shí)，采取與等號(hào)對(duì)齊的方式。 盡可能不要出現(xiàn)這種情況 公式用編輯器輸入，編號(hào)的方法和圖名的編號(hào)一致，公式居中，編號(hào)右對(duì)齊。 公式未不加標(biāo)點(diǎn)，一般只有文中需要引用的或重要的公式才編號(hào)。文章中引用公式時(shí)，一般用“見(jiàn)式（ 2-1）”。 操作：公式編號(hào)右對(duì)齊，在段落中使用 把公式手動(dòng)調(diào)到居中 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 有限元理論到現(xiàn)在發(fā)展的已比較成熟，就簡(jiǎn)單的介紹這些。本試驗(yàn)中還涉及到彈塑性有限元的有關(guān)理論，這里也不作介紹。 圖 2-1 平面矩形 2.3 本章小結(jié) 重要提示 ： 套用“論文模板”時(shí)，應(yīng)注意 千萬(wàn) 不要?jiǎng)h掉每章（包括“摘要”、“ abstract”及“目錄”部分） 末尾的“分節(jié)符 (下一頁(yè) )”， 此符號(hào)不會(huì)被打印， 圖標(biāo)如下： 如不慎刪除，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)排版及頁(yè)碼混亂！ ！ 如果 上述圖標(biāo) 在你的電腦上未顯示，可以點(diǎn)擊 “段落”里的“顯示 /隱藏段落標(biāo)記”： 重新 添加方法：在頁(yè)面布局的“分隔符”下： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 3章 ABAQUS 的仿真建模 3.1 金屬切削過(guò)程描述 金屑切削過(guò)程就是在由機(jī)床提供必要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的條件下，車刀的一般形狀見(jiàn)圖 3-1。 圖 3-1 車刀的組成 3.2 ABAQUS 仿真模型的建立 3.2.1 總體模型 圖 3-3 是通過(guò)采用彈塑性有限元 (更新的拉格朗日方法 )模擬的切削仿真，模型中創(chuàng)建了三個(gè)部件 對(duì)于切削過(guò)程中工件切削區(qū)域應(yīng)力分布的研究可以使我們知道導(dǎo)致切屑與工件分離的主要原因。而對(duì)不同倒棱角度和進(jìn)給速度的刀具加工過(guò)程的計(jì)算模擬也可以分析這些參數(shù)在加工過(guò)程中對(duì)工件的應(yīng)力分布的影響。下面即本文的工件切削區(qū)域 的應(yīng)力（ Equivalent Stress）計(jì)算結(jié)果。 不同切削速度會(huì)對(duì)工件和刀具的應(yīng)力產(chǎn)生不同影響，如圖 4-5 所示為刀具進(jìn)給速度分別為 200 、 300 、 400 m/min 時(shí)工件切削區(qū)域的應(yīng)力（ Equivalent Stress）計(jì)算結(jié)果。 對(duì)于這種大的塑性變形問(wèn)題，應(yīng)該采用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)。隨著刀具的進(jìn)給，正在被加工的部分應(yīng)該實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格細(xì)劃，應(yīng)用足夠細(xì)密的網(wǎng)格以保證ABAQUS 模擬的結(jié)果具有足夠的精度是非常重要的，粗糙網(wǎng)格可能會(huì)使隱式或顯式分析產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。 3.2.2 材料特性 本次仿真中，切削參數(shù)為切深 p=0.1mm，切削速度 和倒棱角度 見(jiàn)表 3-1。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 表 3-1 仿真參數(shù) 項(xiàng)目 刀具切削速度， m/min 刀具倒棱角度 ， () 1 200 5 2 200 10 3 200 15 3.3 本章小結(jié) 表格的排序方法與圖和公式一致，表格名稱位于表格上方，居中。表格中的字和表名字號(hào)為 5 號(hào) 論文中的表一律不畫(huà)左右端線，表的設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)單明了，表格寬度與頁(yè)面寬度對(duì)齊 。 標(biāo)值的數(shù) 字盡量不超過(guò) 3 位數(shù)，或小數(shù)點(diǎn)以后不多于 1 個(gè)“ 0”。如用 30km 代替 30000m，用 5 g代替 0.005mg 等，并與正文一致。 表中所涉及到的單位一律不加圓括號(hào)，用逗號(hào)“，”與量值隔開(kāi)。 操作： 表格設(shè)置 1.選中表格 2.點(diǎn)右鍵，選擇“表格屬性” 3.選“邊框和底紋”，如圖 4.點(diǎn)擊兩條豎線，然后點(diǎn)確定。 角度單位分秒的符號(hào)不處于數(shù)字后時(shí)，用括號(hào)： ()， ()， ()。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 第 4章 ABAQUS 的仿真計(jì)算分析與結(jié)果比較 4.1 倒棱角度對(duì) 切削力的影響 4.1.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 本次仿真中，切削參數(shù)為切深 p=0.1mm、后角 =7 ，切削速度 和倒棱角度 4.1.2 切削過(guò)程的模擬結(jié)果 整個(gè)仿真過(guò)程計(jì)算了 6 個(gè)模型，在不進(jìn)行質(zhì)量放大的情況下平均每個(gè)模型大約需要計(jì)算 10 個(gè)小時(shí)左右，下圖為其中前角為 10 的一個(gè)模型的仿真過(guò)程。 4.1.3 工件切削區(qū)域的應(yīng)力分布 對(duì)于切削過(guò)程中工件切削區(qū)域應(yīng)力分布的研究可以使我們知道導(dǎo)致切屑與工件分離的主要原因。而對(duì)不同倒棱角度和進(jìn)給速度的刀具加工過(guò)程的計(jì)算模擬也可以分析這些參數(shù)在加工過(guò)程中對(duì)工件的應(yīng)力分布的影響。下面即本文的工件切削區(qū)域的應(yīng)力（ Equivalent Stress）計(jì)算結(jié)果。 首先應(yīng)該知道切削力的來(lái)源主要有兩個(gè)方面，一是切屑形成過(guò)程中彈性變形及塑性變形產(chǎn)生的抗力，二是刀具與切屑及工件表面之間的摩擦阻力，克服這兩方面的力就構(gòu)成了切削合力。它作用于前刀面和后刀面上。通常我們將切削力按照空間直角坐標(biāo)分解為三個(gè)相互垂直的切削 分力，即切削力、軸向力、和背向力。其中切削力切于加工表面，并于基面垂直；軸向力處于基面內(nèi)與進(jìn)給方向相同。 如果這里有圖，且圖大或多，插圖處的該頁(yè)空白不夠排寫(xiě)該圖整體時(shí)，則可將其后文字部分提前，將圖移到次頁(yè)最前面。 (屬于同一小節(jié)內(nèi)容的圖表盡量與對(duì)應(yīng)的文字靠近。 ) 這里的空白就是錯(cuò)的。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 (a) (b) (c) 圖 4-1 倒棱角度 =分別為 5 、 10、 15 時(shí)的應(yīng)力分布情況 當(dāng)一幅圖中有幾個(gè)小圖時(shí)，盡可能將它們放在一頁(yè)上，可以將圖后面的文字 調(diào) 整 到 圖 前面去，另外圖和圖名應(yīng)該放在一頁(yè)上。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 4.1.4 切削力影響分析 如圖 4-2、 4-3 為以上三組切削狀態(tài)下（倒棱角度分別為 5 、 10、15 ）在剛性平板參考點(diǎn)得到的整體切削力的變化曲線。通過(guò)歷史變量輸出求得他們的主切削力，并進(jìn)行了比較。 4.2 刀具進(jìn)給速度對(duì)切削力的影響 4.2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù) 本次仿真中，切削參數(shù)為切深 p =0.1mm、后角 =7 ，刀具進(jìn)給速度v 和 倒棱角度 見(jiàn)表 4-2， 4.2.2 工件切削區(qū)域的應(yīng)力分布 不同切削速度會(huì)對(duì)工件和刀具的應(yīng)力產(chǎn)生不同影響，如圖 4-5 所示為刀具進(jìn)給速度分別為 200 、 300 、 400 m/min 時(shí)工件切削區(qū)域的應(yīng)力（ Equivalent Stress）計(jì)算結(jié)果。 4.3 正交切削實(shí)驗(yàn) 4.3.1 實(shí)驗(yàn)條件 機(jī)床為 CA6140，配有變頻調(diào)速裝置，用轉(zhuǎn)速表進(jìn)行切削速度的檢測(cè)。 切削力的測(cè)量采用瑞士 KISTLER 9257B 型壓電式測(cè)力儀如圖 4-7，輸出的電荷信號(hào)經(jīng)配套的電荷放大器（ KISTLER-5070A）放大，并轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，經(jīng)中泰 PCI-8335A 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，再通過(guò)計(jì)算機(jī)處理、分析，并輸出最終測(cè)量結(jié)果。 4.3.1.1 工件材料 工件材料為 GCr15 淬硬鋼，通過(guò)熱處理得到硬度 為 HRC62-64 的試驗(yàn)用料。軸承鋼 GCR15（相當(dāng)于日本的 JIS G4805 SUJ2 鋼，及美國(guó)的AISI52100 ），精煉不銹鋼 9Cr18 （ AISI440 ） ， 滾動(dòng)軸承鋼 GCr15 ，GB/T182542000（高碳鉻軸承鋼）。 4.3.1.2 刀具材料 CBN 刀片牌號(hào)采用英國(guó) De Beers 公司 AMBORITE 系列 DBA80，CBN 含量 80中等粒度，刃口形式如圖 4-2 所示 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 圖 4-2 不同倒棱角度 （ 5， 10， 15） 對(duì)切削力的影響 4.3.2 正交高速硬態(tài)切削實(shí)驗(yàn) CBN 刀片牌號(hào)采用英國(guó) De Beers 公 司 AMBORITE 系列 DBA80，CBN 含量 80中等粒度，實(shí)驗(yàn)所用材料淬硬鋼 GCr15 含碳量 0.95-1.05，因此采用 PCBN 刀具在較小切削深度和進(jìn)給量下進(jìn)行高速精密硬態(tài)切削。 對(duì)于切削過(guò)程中工件切削區(qū)域應(yīng)力分布的研究可以使我們知道導(dǎo)致切屑與工件分離的主要原因。 表 4-2 實(shí)驗(yàn)用刀具幾何參數(shù) 采用正交高速切削的方法，試件制備如圖所示，薄片厚度為 3-3.2mm，直徑為 130mm。加工方式如圖 4-3 所示 。 前角 后角 刃傾角 倒棱寬度 倒棱前角 o , () o , s , () , mmw , () 0 5 0 0.1， 0.2 10， 20， 30 圖中坐標(biāo)標(biāo)值線朝里； 圖中所涉及到的單位一律不加圓括號(hào)，用逗號(hào)“，”與量值隔開(kāi)； 標(biāo)值的數(shù)字盡量不超過(guò) 3位數(shù)。其他要求比如圖名格式等 ,見(jiàn) p7 圖的設(shè)置 。 這是錯(cuò)的， 圖中字體應(yīng)小于正文字號(hào) 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 4-3 正交高速硬態(tài)切削實(shí)驗(yàn) 4.3.2.1 刀具幾何參數(shù)對(duì)高速切削力的影響 采用單因素實(shí)驗(yàn)方法，選擇 PCBN 刀具 DBA80。 研究倒棱角度在高速切削狀態(tài)下對(duì)切削力的影響，切削速度 Vc 在 90-200m/min，進(jìn)給量f0.05mm，切削寬度為 3.1mm。 1倒棱角度對(duì)切削力的影響 2 切削速度對(duì)切削力的影響 4.4 本章小結(jié) 插圖與其圖題為一個(gè)整體，不得拆開(kāi)排寫(xiě)于兩頁(yè)。 這是錯(cuò)的 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 結(jié)論 本文通過(guò)對(duì)切削加工的基本機(jī)理的研究，建立了模擬加工過(guò)程的有限元模型。工件材料的變形看成為各項(xiàng)同性的熱塑性變形，分析過(guò)程中考慮了工件機(jī)械物理性能對(duì)加工的影響。切屑的分離通過(guò)自適應(yīng)網(wǎng)格劃分實(shí)現(xiàn)并對(duì)其加工過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算模擬，得到了如下一些結(jié)果： 1對(duì)不同倒棱角度進(jìn)行分析，當(dāng)?shù)估饨嵌仍?5o15o 時(shí)，得出切削力隨倒棱角度增大而增大；對(duì)不同切削速度進(jìn)行分析，當(dāng)切削 速度在200m/min400m/min 時(shí)，得出切削力隨切削速度增大而減??； 2計(jì)算結(jié)果得到了與實(shí)際相符合的切屑變形的結(jié)果； 3實(shí)驗(yàn)和仿真兩種方式所得到的結(jié)果良好吻合證明了若在參數(shù)設(shè)置合理和主次分清的情況下，用有限元軟件來(lái)準(zhǔn)確地模擬切削過(guò)程是完全可行的， 真正達(dá)到用虛擬仿真來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的目的。 4在有限元建模方面，網(wǎng)格的自適應(yīng)，局部細(xì)分技術(shù)在模擬過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。 在本文結(jié)束之際，總結(jié)自己所做的工作，受時(shí)間和研究水平所限，認(rèn)為在以下幾方面工作還應(yīng)進(jìn)一步深入研究： 1進(jìn)一步對(duì) ABAQUS 進(jìn)行開(kāi)發(fā)與應(yīng) 用，將現(xiàn)有的仿真技術(shù)有針對(duì)地和切削試驗(yàn)進(jìn)行結(jié)合，來(lái)提高結(jié)果的精度。 2拓寬有限元模擬定內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面殘余應(yīng)力和刀具磨損的仿真和模擬。 3在現(xiàn)有二維分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維切削過(guò)程的有限元模擬和仿真。 結(jié)論是整個(gè)論文的總結(jié)，應(yīng)以簡(jiǎn)練的文字說(shuō)明論文所做的工作及得到的主要結(jié)論，一般不超過(guò)兩頁(yè)。 理工類畢業(yè)論文一般為 1.5 萬(wàn)字左右；有獨(dú)特見(jiàn)解的論文字?jǐn)?shù)不受限制。 將 “ 結(jié)論 ” 2 字 選中 ，然后點(diǎn)擊樣式里的“標(biāo)題” 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 參考文獻(xiàn) 1 林來(lái)興 空間控制技術(shù) 宇航出版社 ， 1992： 2542 2 D Q McInerny 簡(jiǎn) 單的邏輯學(xué) 趙明燕 譯 山西教育出版社 ，2011： 1217 3 J R McDonnell， D Wagen Evolving Recurrent Perceptions for Time-Series Modeling IEEE Trans on Neural Networks， 1994， 5(1) ： 2438 4 文東輝，劉獻(xiàn)禮 ， 李連 等 PCBN 刀具硬態(tài)切削加工機(jī)理 ， 機(jī)械技術(shù) ，2001 年 ， 第 18 卷 ， 第 6 期 ： 2438 書(shū)名 .版次（第一版應(yīng)省略） . 作者 . 出版者， 作者 . 書(shū)名 . 引用部分起止頁(yè) 出版者， 譯者 .版次（第一 版應(yīng)省略） . 出版年： 文章名 . 學(xué)術(shù)刊物名， 卷，期： 中文 卷 (期 )： 英文 年， 作者 . 引用部分起止頁(yè) 中文作者姓名只列3 人，多于 3 人，則其后加“等”。 論文中引用的文獻(xiàn)應(yīng)以近期 發(fā)表的與論文工作直接有關(guān)的文獻(xiàn)為主。 工程設(shè)計(jì)型論文參考文獻(xiàn)數(shù)量不少于 10 篇，其中外文文獻(xiàn)不少于 2 篇。 實(shí)驗(yàn)研究、理論研究參考文獻(xiàn)數(shù)量不少于 15 篇，其中外文文獻(xiàn)不少于 3 篇。 著作圖書(shū)文獻(xiàn)： 翻譯圖書(shū)文獻(xiàn)： 學(xué)術(shù)刊物文獻(xiàn)： 序號(hào)和詞條間空兩個(gè)字，不加標(biāo)點(diǎn) 引用部分起止頁(yè) 出版年： 將 “ 參考文獻(xiàn) ” 4 字 選中 ，然后點(diǎn)擊樣式里的“標(biāo)題” 中英文格式完全相同，參照下例： 參考文獻(xiàn)中所有的“”為英文全角打出的 ，“ ： ”和“ ， ”為中文形式打出的。 英文文獻(xiàn)表示期的圓括號(hào)是在英文半角下打出的 ,與前面的數(shù)字無(wú)空格， 與后面的“：”空一格。 操作： 英文全角為： 英文半角為： (點(diǎn)擊即可切換 ) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文