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先进金属材料高速切削加工有限元模拟及理论分析

作　者: 方彬
导　师: 高重阳
学　校: 浙江大学
专　业: 工程力学
关键词: 高速切削有限元模拟切削速度切削力残余应力锯齿状切屑齿间距齿高度
分类号: TG506.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

金属切削过程是一个典型的复杂力学过程,其中包括高度非线性和热力耦合等问题。一般的理论研究十分困难,目前大量的研究工作主要是利用有限元工具进行数值模拟。为了研究切削速度对工件材料性能的影响,利用在ABAQUS中建立的连续切屑情况下的二维正交切削模型模拟了AISI 4142钢的高速切削过程。首先通过切削力的比较验证了所建模型的可靠性,然后模拟并分析了切削速度对切削力、切削温度及残余应力三个关键切削变量的影响。结果表明,切削力随切削速度的变化在10m/s时出现了改变；第一、第二变形区的温度随切削速度的增加而升高,然后趋于一个稳定值；已加工表面的残余应力随切削速度的变化与切削力相同,最大残余应力出现在离已加工表面0.05-0.1mm的范围内,且残余应力随着到已加工面的距离增加而迅速减小,并随切削速度的不同在一个较小的范围内变动。另外,为了研究锯齿状切屑,利用ABAQUS模拟了钛合金Ti6A14V锯齿状切屑的成形过程。首先通过切削力的比较验证了所建模型的可靠性,然后计算分析了切削厚度和刀具前角对锯齿状切屑形态的影响。计算结果表明,当切削厚度越小或刀具前角越大时,切屑的锯齿越小,锯齿数越多,并趋于连续的带状切屑。而综合分析二者的影响得知,切屑形态对切削厚度的变化相对于刀具前角更加敏感。同时,我们还建立了理想切屑成形的几何模型,基于该模型并结合相关剪切理论推导出了锯齿状切屑的平均齿间距、平均齿高度与切屑厚度之间的理论关系式。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 有限元技术与工具介绍  13-17
    1.3.1 有限元方法及其应用  13-15
    1.3.2 ABAQUS软件简介  15-17
  1.4 本文主要工作及其研究意义  17-19
第2章金属切削理论简介  19-24
  2.1 金属切削的变形过程  19-22
    2.1.1 切削变形区的划分  19-21
    2.1.2 切屑的类型  21-22
  2.2 切削力、切削热和切削温度  22-23
  2.3 已加工表面质量影响因素  23
  2.4 本章小结  23-24
第3章高速切削中切削速度的影响作用分析  24-38
  3.1 有限元建模  24-30
    3.1.1 材料模型的选择  25-27
    3.1.2 切屑分离准则  27-29
    3.1.3 切削热计算  29
    3.1.4 摩擦模型  29-30
  3.2 有限元模拟结果与分析  30-37
    3.2.1 切削力结果分析  30-32
    3.2.2 切削温度结果分析  32-33
    3.2.3 残余应力结果分析  33-35
    3.2.4 应变硬化及应变率硬化效应分析  35-37
  3.3 本章小结  37-38
第4章高速切削钛合金锯齿状切屑形态的研究  38-51
  4.1 有限元建模  38-39
  4.2 有限元模拟结果与分析  39-47
    4.2.1 切削厚度的影响分析  41-43
    4.2.2 刀具前角的影响分析  43-44
    4.2.3 切削厚度和刀具前角的综合影响  44-47
  4.3 锯齿状切屑形态参数间的理论关系  47-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章成果与展望  51-53
参考文献  53-57
作者在学期间所获得的科研成果  57

先进金属材料高速切削加工有限元模拟及理论分析

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