金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究.pdf

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1、学校代码10406分分分类类类号号号TG501密密密级级级学学学号号号090080201004题目金属切削加工有限元仿真及及薄壁件及薄壁件变形预测研究作者钟小宏钟小宏钟小宏学科学科、学科、、、专业专业专业专业机械制造及其自动化机械制造及其自动化机械制造及其自动化指指指指导导导导教教教教师师师师孙士平孙士平孙士平秦国华秦国华秦国华秦国华教授教授教授教授申请学位日期申请学位日期申请学位日期20122012年2012年年年4444月月月月学校代码：10406分类号：TG501学号：090080201004南昌航空大学硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文（学位研究生）

2、金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究硕士研究生：钟小宏导师：孙士平秦国华教授申请学位级别：硕士学科、专业：机械制造及其自动化所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2012年6月授予学位单位：南昌航空大学StudyonFiniteElementSimulationofMetalCuttingandDeformationPredictionoftheThin-walledWorkpieceADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMechanicalManufacturingandAutomationbyZHONG

3、Xiao-HongUndertheSupervisionofProf.SUNShi-PingandQINGuo-HuaSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaApril,2012摘要金属切削加工过程是一个伴随高应变、高应变率和瞬间高温的切削变形过程，是一个复杂的热、力及其耦合作用过程。过去，人们对金属切削过程的研究主要是利用非常昂贵和耗时的试验方法，对此，随着计算机技术的迅猛发展，切削加工有限元建模与仿真技术成为主要工具。切削加工仿

4、真将有限元法有限元法和切削技术结合在一起，通过数值仿真可以研究切削加工过程中的切削力、应变、应变率、切屑、刀具温度等基本物理现象。本文基于国内外金属切削加工研究现状，采用金属切削基本理论、有限元数值模拟技术及铣削实验三者相结合的方法，从二维正交切削、三维斜角切削机理和薄壁件铣削数值模拟关键技术入手，采用热-力耦合有限元模型，对金属切削加工过程进行研究。1.建立了航空铝合金7050-T7451带状切屑二维切削有限元模型，并分析应力、应变、切削力和温度的分布规律；为了研究钛合金锯齿状切屑形成机理，建立了钛合金TI-6Al-4V二维切削有限元模型，对其切屑成形过程进

5、行了有限元仿真，并对其切削力与文献已有的实验数据进行比对，结果比较一致。2.针对铝合金7050-T7451铣削加工，首先建立了三维热力耦合斜角切削加工有限元模型来模拟铣削过程，得到了切屑的形成过程及其形状，三维铣削力的变化，并对切削力进行试验验证，与仿真进行比对，验证了数值模拟的正确性。随后建立了整体硬质合金铣刀铣削薄壁件的有限元模型，分析了工件铣削加工后残余应力，并对薄壁件加工变形进行了预测。论文的研究结果表明，有限元方法是一种用于模拟切削过程的有效工具。金属切削有限元模拟能够对切削过程的各主要物理要素进行预测，研究的模拟结果也比较接近实际情况。关键词关键词

6、：关键词：：：有限元法，热-力耦合，切削力，残余应力,加工变形IAbstractMetalcuttingprocessisatypicalthermo-mechanicalprocesswhichgoestogetherwiththeoccurrenceofhighstrain,highstrainrateandinstanttemperatureincreasing.Intheforetime,researchersfindthesevariablesbyusingexperimentaltechniqueswhichmakestheinvestigatio

7、nverytimeconsumingandexpensive.Atthispoint,withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,finiteelementmodellingandsimulationbecomesmaintool.Bycombinationofthefiniteelementmethod(FEM)andcuttingtechnology,simulationofmetalcuttingcanpredictimportantvariablessuchastemperature,cuttingforce

8、s，chipplasticformat