文档介绍：第一章绪论 3
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研究金属切削过程的意义 4
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(FEM)切削仿真的研究概况 5
有限元法(Finite Element Method,FEM) 5
基于FEM的切削仿真的研究概况 7
本文的主要工作 8
第二章金属切削过程仿真的有限元理论基础 9
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运动平衡方程 10
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第3章有限元仿真系统的建立 13
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工件和***几何模型的建立 13
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刀屑之间的摩擦模型 16
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前置处理 18
有限元求解器 18
后置处理 18
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第四章应用ABAQUS软件仿真分析及结果验证 21
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工件和***材料模型的建立 22
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、应变场分析 46
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第五章结论 50
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附录 51
附表1 钢的材料特性 51
附表2 Johnson-Cook模型参数 51
附录3***前角为15度时分析结果INP文件 51
参考文献 56
第一章绪论
金属切削过程是工件和***相互作用的过程,是通过***在材料表面切除多余的材料层来获得理想的工件形状、尺寸以及表面光洁度的机械加工方法,不论从理论上还是从实践上来看,都是一个复杂的动态过程,既有弹性变形,又有塑性变形,既有大变形和高应变率,又有很高的切削温度和复杂的摩擦条件,因此利用传统的解析方法很难对切削机理进行定量的分析和研究。
自上世纪90年代以来,国外数控切削加工呈现出高速、高精、高效、优化等特点。为了获得合理优化的数控切削加工参数,基于切削加工过程的模拟仿真与优化技术,已逐步取代了以切削试验和经验值为主的传统切削加工参数获取方法。随着计算机图形技术、仿真技术的不断提高,越来越多的有限元分析软件应运而生,大型通用有限元软件ABAQUS就是利用剪切失效(shear failure)和单元删除(element deletion)方法作为切屑分离准则,对切削过程进行数值仿真。
但是,我国平均数控切削加工效率仅有国外的1/4左右,甚至更低。其最根本原因是,对切削加工过程进行仿真分析的研究较少。近年来,有限元方法在切削工艺中的应用表明,通过有限元模拟切削力、切削温度、应力及应变,可以优化选择***和切削参数,改进切削工艺,提高生产效率,减少试错时间,同时也有助于了解切削机理和提高切削质量。因此,应用ABAQUS有限元分析软件,在考虑***角度对加工过程的影响及切屑与***的接触和摩擦的情况下,对二维铣削加工进行了模拟仿真和分析。
在金属切削过程中,***、工件以及工艺控制是一个十分复杂的系统。而切削过程又是一个很复杂的工艺过程,它不但涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学,还有热力学、摩擦学等。切削质量受到***形状、切屑流动、温度分布、热流和***磨损等多种因素的影响,切削表面的残余应力和残余应变也会严重影响工件的精度和疲劳寿命。因此,利用传统的解析方法,很难对切削机理进行定量的分析和研究;而切削操作人员和刀肯制造商往往都是利用试错法来获取一些经验值,既费时费力,又增加了生产成本,严重阻碍了切削技术的发展。随着制造产业朝着精密化、复杂化,高强度和低消耗的方向发展,同时又要有效的利用能源,改善环境,,决定了如果单纯的依靠试验研究和理论探讨是无法在时间、效率和经济上满足现代设计、制造的要求。而仿真技术的研究和仿真系统的建立是连接机理研究和试验研究之间的关键,它不但具有一定的通用性,还可以减少因为反复设计、试验而造成的消耗。
国外学者对金属切削过程中的切屑卷曲,工件及***的温度场变化,以及工件内部的残余应力分布等一系列问题分别做了大量的试验研究和理论探讨,并