外文翻譯--有限元模擬的高速硬車削 中文版.doc

外文資料名稱：Onthefiniteelementmodellingofhighspeedhardturning外文資料出處：IntJAdvManufTechnol附件：1.外文資料翻譯譯文2.外文原文指導教師評語：簽名：年月日(用外文寫)有限元模擬的高速硬車削A.G.MamalisJ.KundrakA.MarkopoulosD.E.Manolakos秦飛躍譯摘要本文介紹了采用有限元法的模擬高速硬車削。近幾年，高速硬車削已經成為切削淬硬鋼時非常有效的加工方法。這種最新方法的優(yōu)勢是不僅保證了產品的加工質量，還降低了加工時間、成本，同時也環(huán)保。它被稱為第三次商業(yè)浪潮的計劃，目前已應用于實踐。該方案為模擬線切割用戶提供許多設計和分析的操作。本文提出的正交切削模型，同時考慮了模型的工藝參數及實驗相關結果。此外還討論建造了斜切割模型的高速硬車削。從報告可以得出該方法能用于工業(yè)生產。關鍵字加工有限元方法硬車削1導言硬車削加工操作用于加工硬質材料，如淬硬鋼。隨著對高品質制造元件的需求越來越大，硬質鋼成為現代金屬切削加工中使用最廣的材料之一，如齒輪、軸、軸承、模具類似零件的材料。制造切割工具是用專門的工具材料，如立方氮化硼亞硝酸鹽（立方氮化硼），這種材料能克服在加工過程中遇到的問題1。這些刀具可以在惡劣條件下對鐵基材料進行硬車削，即使在高溫下，它們也具有良好的性能，可以高速切割和干切削2；由于不使用切削液，這樣可以節(jié)省購買和處置切削液費用，從而降低了成本。干切削因為其加工過程的特點而具有環(huán)保性。此外經證實高速硬車削大大地節(jié)省了生產時間。硬車削作為一種先進的技術被廣泛的應用，同時它也是一種不可替代的過程，因為逐步執(zhí)行硬車削可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)或是非傳統(tǒng)的整理業(yè)務繁瑣過程；如電火花加工（電火花），在硬加工部分，都等于或優(yōu)于傳統(tǒng)加工，它不僅能保證了精確度，而且具有良好的靈活性同時節(jié)省大量的時間，降低成本4-7。但是現代工業(yè)所采用的硬車削的程度并沒有象我們認為的那么多，主要是由于以下的問題：快速刀具的磨損或破裂，加工時刀具產生的高壓和高溫會導致加工結果很差8。作為一種新型的加工方法，它需要進一步加以研究、優(yōu)化，而大多數研究工作卻僅限于實驗結果。不過這種新型的硬車削利用數值模擬能夠為工作進程提供有用的數據，從而更好地理解加工的過程。特別是有限元法（FEM），目前已廣泛應用于對加工過程分析和加工過程切削性能的預測。有限元法是一種非常強大的工具切割分析技術的方法，它可以應用于高速硬車削。在本文中介紹的有限元法，是以模擬高速硬車削為例，考查切削速度在切削性能上的影響以及預測切割操作中關鍵的加工參數，其中一些數據有時很難測量或計算，對此我們要特別的重視。例如，溫度對工件加工過程的影響。硬車削是一個相當復雜的切削過程，切削條件與傳統(tǒng)的加工方法不同。為此出現了有限元法的第三次浪潮，它專門用于模擬切割操作，為模擬硬車削建立了正交和斜切割模型。2有限元模型在參考文獻9-10可以找到過去的三十年來，各種模擬使用有限元方法加工過程的報告。出現在20世紀70年代第一種型號利用歐拉公式模擬正交切割。通過這一辦法的有限元網格的空間固定和充滿其中的材料以模擬形成該模型的信息。這種模式減少計算時間，由于一些內容需要為工件建模和分塊，它主要用于模擬穩(wěn)態(tài)條件下的切削過程。因為網格是一種清楚先驗所以圖形要素不會嚴重失真，但這一提法需要復雜的編程。此外必須在加工前得出實驗數據，并為該模型了確定存儲在芯片的幾何形狀。但是這方法僅僅被一些研究人員所使用，現在已提出最新的拉格朗日方法得到了更廣泛的使用。此方法中，理論聯系切削工具材料，加工適合加工的工件。對于切屑的形成，刀刃切屑分離標準仍然是適用的。迄今為止提出了許多關于幾何尺寸或物理性能的標準，例如工具和刀具之間的一個臨界距離，當刀具達到這一臨界距離工件上接近刀刃部分的材料就會分離這就是切屑的形成。其他有關分離的臨界值標準例如開始形成切屑的應力或應變標準，甚至提出了裂紋擴展標準。這種方法有一個缺點就是在仿真時要觀察大型網格的變形。由于網格是附著在工件材料上的而塑性變形發(fā)生在切削區(qū)所以網格會發(fā)生扭曲。為了克服這一缺點通常采用連續(xù)格和自適應網格，這大大增加了計算時間。不過由于計算機的進步使減少所需的時間達到這樣的分析水平成為可能。注意所有的拉格朗日-歐拉公式（ALE）都是為了結合這兩種方法的優(yōu)點而提出的，但是它還沒有得到廣泛的應用。迄今提出的大部分模型都屬于正交切削的二維模型，而有關3D模型在文獻很罕見。這主要是因為盡管三維切割更接近實際，但是它需要更為復雜的工件、復雜的刀具幾何形狀和力學性能數據，還有更多的計算時間。特別是研究硬切削更加的困難。下面提供發(fā)達國家應用用第三次浪潮軟件的模式，該軟件適合加工仿真特殊功能的集成。它菜單的設計方案采用的方式能使用戶能夠最大限度地減少模型的準備時間。此外還包括了常用的切割作業(yè)中工件和刀具材料了的數據庫，提供所有需要的數據進行有效的材料模型。代碼是明確的動態(tài)的可以執(zhí)行熱力耦合瞬態(tài)分析拉格朗日代碼。該計劃適用于為微元和工件結網自動重新網格化并給予準確的結果。為分析討論數值模擬所使用的技術方案和全面的職能介紹見參考16。3結果與討論3.1正交切削模型正交切削示意圖如圖1。垂直在平面的切削的厚度用數字表示，在平面應變情況下，它被認為是比較大的進給厚度。本次分析的工件材料是氫13熱變形磨具鋼，其長度是采取L=3毫米。用材料是立方氮化硼的刀具來模擬刀具磨圖1正交切削模型原理圖損，界面摩擦采用庫侖摩擦法，摩擦系數保持在設定值=0.5。分析時切削刀具，采用-5前角，5角后角和0.02毫米圓角。此外，進給速度都采用F=0.05毫米/圈，切割速度考慮采用3種不同速度，即Vc=200，250和300mm/分鐘。圖2（a）切削前的網格（b）切削一半（L=1.5mm）時的網格圖2（a）和（b）表述的是Vc=300mm/min情況下切削