资源描述：
《高速金属切削的摩擦分析及有限元模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2007年1月润滑与密封Jan12007第32卷第1期LUBRICATIONENGINEERINGVol132No11高速金属切削的摩擦分析及有限元模拟王霄卢树斌高传玉(江苏大学机械工程学院江苏镇江212013)摘要:基于更新的拉格朗日方程,模拟了高速条件下金属正交切削的加工过程,并在刀2屑接触表面上分别建立了库仑摩擦模型和粘结2滑移摩擦模型,通过将切削力、吃刀抗力、切屑厚度和刀2屑接触长度的模拟预测值与相关文献的试验结果比较表明,粘结2滑移摩擦模型更符合实际的摩擦模型,即在金属切削过程中,刀2屑接触表面上
2、同时存在滑移摩擦和粘结摩擦。关键词:高速切削;有限元模拟;粘结2滑移;摩擦模型中图分类号:TG501文献标识码:A文章编号:0254-0150(2007)1-129-3FrictionAnalysisandFiniteElementSimulationsofHigh2speedMetalCuttingWangXiaoLuShubinGaoChuanyu(JiangsuUniversity,ZhenjiangJiangsu212013,China)Abstract:BasedontheupdatedLagra
3、ngianfiniteelementformulation,thesimulationsoforthogonalmetalcuttingwereconductedunderhighspeedcondition.TheCoulombfrictionmodelandsticking2slidingfrictionmodelwerebuiltuprespec2tivelyonthetool2chipinterface.Thepredictionsofcuttingforce,thrustingforce,chip
4、thickness,tool2chipcontactlengthweregiveninthesimulations.Accordingtothecomparisonswithexperimentaldata,thesticking2slidingfrictionmodelisfoundtobeclosertothetruemodel.Itisshownthattheslidingandthestickingfrictionexistsimultaneouslyonthetool2chipinterfaced
5、uringthemetalcutting.Keywords:high2speedcutting;finiteelementsimulation;sticking2sliding;frictionmodel在机械制造的研究领域中,对金属切削过程的研在早期的切削加工分析中,普遍采用传统的库仑究一直是国内外研究的热点和难点。有限元法在求解摩擦理论,其认为前刀面上摩擦剪切应力与正应力成非线性和多场耦合方面的强大功能日益明显,从而在正比,数学公式如下:[1-2]切削加工过程的研究中得到了广泛的应用。用有τf=μσn(
6、1)限元方法模拟金属切削加工过程,其预测结果主要受式中:τf为摩擦剪切应力;σn是正应力;μ是摩擦到2个因素的影响:(1)切削区材料的流动应力特因数。性;(2)刀2屑接触表面的摩擦特性。当通过大应变速率和温度变形试验获得了工件材料的本构模型,那么材料流动应力的不确定性对有限元模拟的影响就会大大降低。在此前提下,正确地模拟刀2屑接触表面的摩擦状况是对金属切削过程进行数值模拟的关键。本文作者利用有限元通用软件DEFORM22D在高速条件下,模拟P20模具钢的切削过程,对刀2屑接触表面的摩擦建立不同的摩擦模型。本
7、文的一个特点是通过定义摩擦窗口,实现在一个摩擦模型中应用2种不同的摩擦条件,模拟出更符合实际的摩擦模型。图1前刀面的摩擦模型1刀2屑接触表面的摩擦分析在高速切削中,前刀面上的正应力和温度会迅速增加。当前刀面上的正应力超过一定的极限值后,用收稿日期:2006-06-19传统的库仑摩擦理论所得出的摩擦剪切应力已经远远作者简介:王霄(1964—),男,博士研究生,副教授,主要研大于实际的值,这时方程(1)就不能很好地反映工究方向:微造型及性能数值模拟,CAD/CAE/CAM,虚拟样机件与刀具之间的摩擦剪切应力与正
8、应力的关系。根据技术等1E2mail:wx@ujs1edu1cn1130润滑与密封第32卷Zorev的研究,切屑与前刀面的接触表面上可划分为2工件材料模型滑移摩擦区域和粘结摩擦区域,如图1所示。在靠近切削过程中,由于温度、应变和应变率的增加,切削刃的长度lp内,由于切削时产生的高温和高压工件材料在切削区域发生变形。为了考虑这些因素对使得切屑底层材料软化,切屑底层的金属材料粘嵌在材料特性的影响,可以将工件的流动应力
