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1、摘要金属切削是机械制造行业中的一类重要的加工手段。早在一百多年前人们就已经开始了对金属切削过程的研究。由于金属切削本身具有非常复杂的机理，用传统的研究方法研究非常困难。本文应用有限元分析方法，利用材料变形的弹塑性理论及金属切削基本原理，建立工件材料的模型,借助大型商业有限元分析软件ANSYS,通过输入材料性能参数、建立有限元模型、施加约束及载荷、计算,对正交金属切削的受力情况进行了模拟。最后得出应力云图，进行切削加工中的工件和刀具的受力情况分析。关键词：有限元分析，ANSYS,金属切削32Abstract
2、Metal-cuttingmachinerymanufacturingindustryinaclassofimportantmeansofprocessing.Asearlyasmorethan100yearsago,peoplehavebeguntheprocessofmetalcuttingresearch.Asaresultofmetal-cuttingitselfisverycomplexmechanism,usingthetraditionalmethodofstudyverydifficult
3、.Inthispaper,finiteelementmethod,usingmaterialsoftheelastic-plasticdeformationtheoryandthebasicprinciplesofmetalcutting,theestablishmentoftheworkpiecematerialmodel,withlargecommercialfiniteelementanalysissoftwareANSYS,theimportationofmaterialpropertiesthr
4、oughtheestablishmentofthefiniteelementmodel,toimposeconstraintsandloadcalculatedfortheorthogonalmetalcuttingforcesaresimulated.Cametotheconclusionthatthestressimage,thecuttingoftheworkpieceandtoolintheanalysisoftheforces.Keywords:finiteelementanalysis,ANS
5、YS,metal-cutting1绪论金属切削是机械制造行业中的一类重要的加工手段。美国和日本每年花费在切削加工方面的费用分别高达1000亿美元和10000亿日元。中国目前拥有各类金属切削机床超过300万台,各类高速钢刀具年产量达3.9亿件,每年用于制造刀具的硬质合金超过5000吨。可见切削加工仍然是目前国际上加工制造精密金属零件的主要办法。19世纪中期,人们开始对金属切削过程的研究,到现在已经有一百多年历史。由于金属切削本身具有非常复杂的机理,对其研究一直是国内外研究的重点和难点。过去通常采用实验法,它
6、具有跟踪观测困难、观测设备昂贵、实验周期长、人力消耗大、综合成本高等不利因素。本文利用材料变形的弹塑性理论,建立工件材料的模型,借助大型商业有限元软件ANSYS,通过输入材料性能参数、建立有限元模型、施加约束及载荷、计算,对正交金属切削的受力情况进行了分析。以前角10°、后角8°的YT类硬质合金刀具切削45号钢为实例进行计算。切削厚度为2mm时形成带状切屑。提取不同阶段应力场分布云图,分析了切削区应力的变化过程。这种方法比传统实验法快捷、有效,为金属切削过程的研究开辟了一条新的道路。2设计要求根据有限元分
7、析理论，根据ANSYS32的求解步骤，建立切削加工的三维模型。对该模型进行网格划分并施加约束边界条件，最后进行求解得出应力分布云图，并以此云图分析得出结论。3金属切削简介［3］ 金属切削过程，从实质讲，就是产生切屑和形成已加工表面的过程。产生切屑和形成已加王表面是金属切削时密切相关的两个方面。3.1切削方式 切削时，当工件材料一定，所产生切屑的形态和形成已加工表面的特性，在很大程度上决定于切削方式。切削方式是由刀具切削刃和工件间的运动所决定，可分为：直角切削、斜角切削和普通切削三种方式。3.2切屑
8、的基本形态金属切削时，由于工件材料、刀具几何形状和切削用量不同，会出现各种不同形态的切屑。但从变形观点出发，可归纳为四种基本形态。1．带状切屑切屑呈连续状、与前刀面接触的底层光滑、背面呈毛葺状。 2．挤裂状切屑 切屑背面呈锯齿形、内表面有时有裂纹。 3．单元状切屑 切削塑性很大的材料，如铅、退火铝、纯铜时，切屑容易在前刀面上形成粘结不易流出，产生很大变形，使材料达到断裂极限，形成很大的变形单元，而成为此类切屑。 4
