二維金屬切削過程計算機仿真

1、IIIIII目 錄1 緒論 .11.1 研究的目的和意義.11.2 有限元模擬金屬切削過程的國內(nèi)外現(xiàn)狀.21.2.1 國外研究現(xiàn)狀.21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .31.3 二維金屬切削過程有限元分析的發(fā)展現(xiàn)狀.41.3 有限元研究的意義.61.4 金屬切削存在的技術問題.71.5 ANSYS 簡介.81.6 本文研究的內(nèi)容 .81.7 本文研究路線.92 基本理論 .102.1.金屬切削的相關歷史 .102.2 金屬切削的基本理論.112.2.1 金屬的晶格結(jié)構 .112.2.2 塑性變形機理 .122.2.3 金屬切削過程的實質(zhì) .132.2.4 金屬切削一些相關知識 .142.3 有限元的

2、基本理論.172.4 本文中用到的有限元理論.192.5 切屑-基體分離處理.202.6 接觸分析.213 二維金屬切削計算機模擬過程 .223.1 有限元模型的建立.223.1.1 設定作業(yè)名和標題 .22IV3.1.2 定義分析類型 .233.1.3 定義單元類型 .233.1.4 定義實常數(shù) .243.1.5 定義刀具和工件的材料屬性 .243.1.6 建立有限元并劃分網(wǎng)格 .253.1.7 定義節(jié)點耦合 .263.2 定義接觸.273.3 施加約束和載荷.283.4 求解.284 結(jié)果分析 .294.1 應力場分析.294.2 應變場分析.30致謝 .32參考文獻 .33ee1 1 緒

3、論緒論1.11.1 研究的目的和意義研究的目的和意義 在機械制造的研究領域中，對金屬切削過程的研究一直是國內(nèi)外研究的熱點和難點，因為在零件的切削加工過程中，刀具的磨損及機床的受力、受熱均與金屬切削過程的參數(shù)有關，同時金屬切削過程中的切屑形成和剪切區(qū)應力場的變化也是一個非常復雜的過程，因此金屬切削過程的研究在機械制造的研究領域中占有重要的地位1。金屬切削的科學研究是為揭示切削過程中的物理變化本質(zhì)和規(guī)律，并有效地使用這些規(guī)律，提高切削效率和改善加工表面質(zhì)量。研究方法主要包括實驗研究、理論分析和有限兒仿真等。由于金屬切削是一個十分復雜的非線性熱力藕合過程，切削過程中的各種物理現(xiàn)象，如切削力、切削熱、

4、刀具磨損以及加工表面變質(zhì)層等都以不同形式、不同程度影響加工過程，并且又相互交叉影響，利用理論分析和有限元仿真研究時必須作大量的簡化假設，很難準確、全面地研究切削過程，而且，理論分析和有限兒仿真的最終結(jié)果都要依靠實驗來驗證。因此，到目前為止，實驗仍是研究金屬切削機理的土要方法，現(xiàn)代金屬切削研究相當大程度上仍是以實驗研究為基礎。但是，隨著新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，利用傳統(tǒng)的解析方法，很難對切削機理進行定量的分析與研究。企業(yè)切削加下操作人員往往都是利用試錯法( Trial-and-error Method)來獲得經(jīng)驗值，既費時費力，又增加了生產(chǎn)成本，阻礙了切削技術的發(fā)展。同時山于實驗方法本身固有的缺

5、陷，很難得到切削過程中切削區(qū)的應變率分布、加工工件表面的溫度場分布和加工工件表面的殘余應力分布情況等。計算機技術的飛速發(fā)展使得利用數(shù)值模擬方法來研究加工過程以及各種參數(shù)之間的關系成為可能。它使用數(shù)學物理模型，利用相關理論，對所需功率、切削力、切削溫度、應變、應變率、殘余應力和切屑成形進行仿真。在刀具設計、工藝選擇、加工表面質(zhì)量分析、可加工性估計和斷屑研究中，這些計算模型一可以有效減少甚至消除反復實驗次數(shù)，克服傳統(tǒng)實驗方法的費時、費力、費用昂貴等缺點，還可以從模擬結(jié)果中得出許多實驗難以得到的材料力學特性和物理特性，如:加工工件和切屑的溫度場分布、應力分布、應變率分布和殘余應力分布等，能較好地從理

6、論上澄清金屬切削過程的難點，對實際加工也具有很大的參考價值。近年來，有限元方法在切削工藝中的ee應用表明，切削工藝和切屑形成的有限元模擬對了解切削機理，提高切削質(zhì)量是很有幫助的，這種數(shù)值模擬方法具有實際應用價值，并且有很大的發(fā)展空間。1.21.2 有限元模擬金屬切削過程的國內(nèi)外現(xiàn)狀有限元模擬金屬切削過程的國內(nèi)外現(xiàn)狀.1 國外研究現(xiàn)狀國外研究現(xiàn)狀二十世紀七十年代初，美國伊利諾伊大學的 Klameck2最早使用有限元模擬技術對金屬切屑成形過程進行研究分析，通過實驗驗證了其模擬結(jié)果的正確性。Doyle 等人建立了一種新的有限元分析模型一粘彈性有限元分析模型，并把前刀面和切屑之間的摩擦

7、以及刀背面和己加工表面間的摩擦都考慮到該新模型中。到八十年代，Iwata 等人利用剛塑性有限元法對金屬切削過程進行了正交切削模擬分析，模擬結(jié)果得到了切屑、工件內(nèi)部應力、應變的分布，由于模型中沒有考慮到彈性變形，所以沒有得到工件表面的殘余應力.Strenkowski 和 Carroll3建立了新的切削分析模型一彈塑性有限元分析模型，采用物理準則(等效塑性應變)作為切屑分離準則。并在分析中把刀具、工件和切屑之間的摩擦關系考慮到分析模型中，模擬得到了連續(xù)切屑成形過程和內(nèi)部各變量的分布云圖，模擬結(jié)果表明該物理準則在金屬切削模擬分析中是有效的.進入九十年代，Moon和 StrenkoWSki 用 Eul

8、ar 有限元法模擬分析金屬切削過程，得到了連續(xù)帶狀切屑成形過程。模擬得到了工件和刀具中的各種場變量分布云圖(應力場、應變場和溫度場分布等)。Kamvopolns 使用有限元分析軟件 ABAQUS 建立了新的金屬正交切削材料模型，通過在工件和切屑上預設分離線來實現(xiàn)切屑分離過程.模擬結(jié)果得到了切屑和刀具之間的摩擦應力以及刀具的磨損、積屑瘤情況，用彈塑性有限元模型模擬研究了摩擦系數(shù)對切屑厚度、刀一屑接觸長度和各種場變量的影響變化規(guī)律.Sasahara 和 Obikawa 等人在沒有考慮切削溫度和應變速率的情況下模擬了切削加工過程，用彈塑性有限元法模擬得到已加工表面的殘余應力和應變分布，通過與實驗結(jié)果

9、比較，證明其模擬分析結(jié)果是比較可靠的。Lays Olovssan 等人采用任意的 Lagrange-Euler 方法建立了金屬切削有限元模型，該方法能夠有效的處理金屬切削過程中的一些關鍵性問題，特別是對于網(wǎng)格畸變方面的處理。 進入二十一世紀以后，隨著計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展和有限元理論的日趨完善，借助計算機進行有限元模擬分析的應用范圍也是越來越廣泛。臺灣科技大學的 Zone-Ching Lin等人使用更新的 Lagrange 法來處理金屬切削分析過程中的大變形問題。對切削過程eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee 說明說明此文僅提供給大家參考學習本人近 300 份同類文本為防止抄襲均已做圖化處理如有朋友想了解我這有些哪些其他課題可前往空間 http:/ 再通過豆丁文庫搜索同名課題即可看到我的作品感謝豆丁網(wǎng)文庫工作人員的辛勤審核給大家?guī)矶苟【W(wǎng)這樣一個知識分享平臺。希望大家多多支持豆丁網(wǎng)和我分享所有的作品To 讀者某