微细切削性能有限元仿真分析.pdf

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1、第31卷第3期计算机仿真2014年3月文章编号：1006—9348(2014)03—0243—05微细切削性能有限元仿真分析代玉娟，程祥，杨先海，张升(山东理工大学机械工程学院。山东淄博255049)摘要：研究切削加工系统精度优化问题，分析建立了能体现微细切削加工特点的切削模型以及材料失效模型，较好的实现了微细切削加工过程的有限元仿真分析。基于建立的微细切削模型，仿真分析了微细切削加工中切屑的成形过程，以及影响微细切削加工质量的关键性因索：尺寸效应、刀刃半径以及负前角。仿真分析结果表明微细切削过程中当吃刀量接近刀刃半径时具有明显的尺寸效应

2、；较小的刀刃半径有利于微细切削加工过程的进行，减少切削力，提高微细切削加工质量；一定条件下增大切削前角可减少切削力，提高加工精度。仿真结果对实际微细切削加工具优化有重要的参考价值。关键词：有限元仿真分析；微细切削；尺寸效应中图分类号：TP391．9文献标识码：BMicroCuttingPerformanceSimulationAnalysisBasedonFiIliteElementMethodDAIYu—juan，CHENGXiang，YANGXian．hai，ZHANGSheng(ShandongUniversityofTechnol

3、ogy，SchoolofMechanicalEngineering，ZiboShandong255049，China)ABSTRACT：Thelimitationsoftraditionalcuttingmodelhasbeendiscussedinthearticle，themicrocuttingmodelandthematerialfailuremodelwhichcanreflectthecharacteristicsofmicromachininghavebeenestablishedthroughresearchandanal

4、ysis，andthefinite-elementsimulationanalysisofmicromachiningprocesshasbeenachieved．Thechipformingprocessinthemicromachininghasbeenanalyzedbasedonthecuttingmodel，meanwhile．Thekeyfac—torsaffectingthequalityofmicrocuttingsuchassizeeffect，negativerakeangleandthebladeradiushave

5、beenana—lyzedbasedonthemode1．Thesimulationresultsshowthatthesizeeffectappearedinthemicrocuttingprocessisquiteobviouswhencuttingthicknessisnearthecuttingedgeradius．Thesmallercuttingedgeradiusisadvantageoustothemicromachiningprocess，whichcanreducethecuttingforceandimproveth

6、equalityofmicromachining．In—creasingthecuttingAnglecanreducethecuttingforceandimprovetheprocessingquality．Thesimulationresultshaveimportantreferencevaluetoactualmicromachining．KEYWORDS：Finite-elementsimulationanalysis；Microcutting；Sizeeffect1引言2微细切削加工过程建模随着现代科学技术的快速发展，目前在

7、生物医学、航空本文对微细切削加工模型做了如下两点合理假设[2]：①航天、国防、汽车以及高科技电子产品等领域对微细零件的由于微细切削的材料去除量很少．可将三维立体模型简化为需求越来越多⋯。但由于微细切削加工是针对微米级甚至二维切削模型：②采用二维正交切削模型。由于微细切削加纳米级加工特征的加工，加工过程中会存在材料微细组织结工中刀刃半径是几十微米，变形区域相对于刀具和工件来说构变化的影响导致微细切削加工机理不同于传统的切削加非常小．把切削过程中变形区域简化为二维正交切削模型。工。所以为了提高微细零件的加工质量，满足市场需求．建2．1材料的本

8、构模型立了能较好描述微细切削加工的有限元切削模型，仿真分析材料本构模型的建立是有限元仿真的基础．而材料模型了影响微细切削加工质量的主要切削参数。的选择必须能正确表征切削加工过程中材料的变形特征