金属切削过程的数值仿真

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1、金属切削过程的数值仿真[摘要]切削过程的建模和仿真对于改进切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力。有限元法逐渐成为切削过程研究和仿真的一种有效手段。本文利用DEFORM软件，建立了车削过程仿真的有限元模型，得到了车削过程中的切削力、刀具应力和切削温度的预报值。实现了切削过程的数值仿真。在数值仿真中，可以观察到，预报的最高切削温度总是出现在刀具前刀面上靠近主切削刃的一侧；刀具的最大等效应力分别出现在刀具的前刀面上主切削刃的周围，在后刀面上靠近主切削刃的部分也出现了比较大的等效应力。[关键词]：

2、切削过程；仿真；有限元法SimulationResearchofMetalCuttingProcessByFiniteElementMethodAbstract:Modelingandsimulationofcuttingprocesseshavethepotentialforimprovingcuringtooldesignsandselectingoptimumconditions．Finiteelementmethodisbecomingoneofeffectivemethodtoresearc

3、handsimulatethecuttingprocesses．ThemainobjectiveofthisstudywastodevelopaFEAmodelforsimulatingthecuttingprocessinturningandpredictcuttingforces，toolstressesandtemperaturesusingfiniteelementanalysis．Frictionbetweenthechipandthetoolplaysanimportantroleinte

4、mperaturegeneration．Thehighesttemperaturewaspredictedattherakeface(aroundtheprimecuttingedge)ofthetoolregardlessofcuttingconditions．ThehighesttoolstressWaspredictedattherakefacearoundtheprimecuttingedge．Theeffectivestressatbackfaceofthetoolislargetoo．Ke

5、yWords：Simulation；CuttingProcess；FiniteElementMethod目录1绪论11.1概述11.2技术背景41.2.1有限元法41.2.2有限元法的发展及其在金属塑性加工中的应用51.2.3有限元软件DEFORM的介绍61.3论文的主要内容72有限元仿真关键技术82.1动态接触边界的处理82.1.1自由节点接触刀具的判断82.1.1.1自由节点接触刀具时间82.1.1.2增量时间步长△tm的确定92.1.2接触节点的位置调整102.1.2.1位置检查102.1.2.

6、2调整方法112.1.2.3边界接触节点的脱离判断112.2有限元网格畸变与网格重分122.2.1网格重新划分的判别准则132.2.1.1工件与刀具干涉判据132.2.2网格重划技术142.2.2.1边界离散152.2.2.2新网格的生成162.3切屑的分离标准183有限元模型的建立203.1概述203.2几何模型的建立203.2.1直角正交切削几何模型的建立203.3材料模型的建立213.4摩擦模型的建立233.4.1平均摩擦系数模型243.4.2基于正应力的摩擦模型244仿真分析274.1概述27

7、4.2直角正交切削的二维有限元分析274.2.1不同切削条件下切削力的预报274.2.2切削温度和刀具应力分布的仿真304.2.2.1直角正交切削中切削温度的分布304.2.2.2直角正交切削中刀具应力的分布325结论和展望355.1结论355.2展望36致谢37参考文献381绪论1.1概述在金属切削加工过程中，切削力、切削温度和刀具应力是其主要物理现象，尤其是切削力，它直接影响着刀具的耐用度和已加工表面质量，有时还会引起振动，甚至破坏刀具及机床零件；而且在设计机床、刀具、夹具时，切削力是重要的设计依

8、据；随着加工过程自动化的发展，切削力和切削温度经常是作为对切削过程进行自适应控制的一个重要参数，得到了广泛的重视。因此，研究切削力、切削温度和刀具应力的分布规律不仅是切削机理研究的重要方面，而且对于生产实际也有重要的现实意义[1]。长期以来许多学者对切削力预报做了大量的理论研究工作，这些工作主要倾向于两个方向：(1)采用经验公式计算切削力。在建立经验公式时，将每一个影响切削的因素都作为可变因素考虑，选取重要因素作为自变量，其它因素帮助修正系数的间接计算。