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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

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 一般性问题 > 金属切削加工工艺 > 高速切削
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