硬态切削过程的有限元仿真

发布时间：2017-04-12 08:04

  本文关键词：硬态切削过程的有限元仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硬态切削是指把淬硬钢的切削加工作为半精加工或精加工的工艺方法。这种工艺方法可改变传统切削—淬硬—磨削制造工序,能有效地提高生产率、降低能量消耗及提高加工零件的疲劳强度。硬态干式切削技术还是一种有利于环境保护的清洁生产工艺和绿色制造技术。有限元分析法是工程实际中强有力的数值分析方法之一,与试验研究相比,它具有节省时间,节省人力财力等优点。本文以有限元理论为基础,针对硬态切削的特点,建立了硬态切削的有限元模型。 对于切削过程的有限元模拟分析,正确的简化模型不仅可以提高计算结果的精度,并且可以大大的减少计算的时间。本文采用平面应变问题来处理二维硬态切削问题,极大的简化了模型;通过把材料的机械物理性能看成温度的函数来模拟材料的非线性问题;采用网格重划分来解决接触穿透问题,模拟切屑的形成;为了处理硬态切削过程中的几何非线性问题,采用了更新的Lagrange 格式的增量有限元法;编制用户子程序来实现有限元模型网格的局部细分,即保证了计算的精度,又节省了计算的资源;根据硬态切削的特点,采用修正的库仑摩擦模型来模拟硬态切削过程中的摩擦问题。这些建模方法对于研究硬态切削的机理有着重要的参考价值。 有限元模拟分析得到了硬态切削过程的应力分布、温度分布以及切屑的形成过程,通过对剪切区的测量得到了剪切角的大小。对不同速度、不同切削厚度的硬态切削过程进行了模拟分析,结果表明:随着切削速度的增大,切削的最高温度值增大,当切削速度大于220m/min 时,由于金属的软化效应,温度升高趋势随速度的增加而变缓;随着切削厚度的增大,切削的最高温度值增大,并且切削厚度对温度的影响没有切削速度的影响大。在相同的切削条件下,负倒棱切削的温度大于圆弧刃切削的温度,因此用圆弧刃代替负倒棱切削,可以改善刀具上的温度分布情况。本文模拟方法可以部分的取代实验研究,拓展了有限元理论的应用范围,促进了硬态切削机理的研究。
【关键词】：硬态切削 有限元仿真 切屑形状 PCBN 刀具
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-26
• 1.1 前言9-11
• 1.2 有限元理论和有限元软件11-20
• 1.2.1 有限元的基本思想11-12
• 1.2.2 有限元法的发展概况12-13
• 1.2.3 有限元法的函数选择和收敛性13-14
• 1.2.4 通用有限元软件的特点14-20
• 1.3 国内外研究的现状及存在的问题20-25
• 1.4 本文研究的主要内容25-26
• 第2章 切削模型的建立26-41
• 2.1 金属切削过程的描述26
• 2.2 有限元模型的建立26-27
• 2.3 单元类型27-32
• 2.3.1 四节点平面四边形单元的特性28-31
• 2.3.2 P-S 元的罚平衡优化31-32
• 2.4 刀具和工件的材料特性32-33
• 2.5 接触问题33-37
• 2.5.1 接触问题的描述方法34-35
• 2.5.2 Msc.Marc 提供的接触算法35
• 2.5.3 接触算法的基本流程35-37
• 2.6 接触体的定义和运动描述37-40
• 2.6.1 可变形体的定义37-38
• 2.6.2 刚性接触体的定义和运动描述38-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第3章 边界条件41-55
• 3.1 几何非线性问题41-45
• 3.2 网格的细分45-50
• 3.3 模拟摩擦50-54
• 3.3.1 常用的摩擦模型50-53
• 3.3.2 金属切削的摩擦状况53-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第4章 仿真的结果和分析55-67
• 4.1 仿真结果的提取55-61
• 4.1.1 切屑的形成过程55-56
• 4.1.2 切削应力的分布56-58
• 4.1.3 切削应变的分布58-59
• 4.1.4 切削温度场的分布59-60
• 4.1.5 切削力的提取60-61
• 4.2 切削速度对切削温度的影响61-63
• 4.3 切削参数及不同刀具刃口形状对切削温度的影响63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的学术论文72-73
• 致谢73

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 覃孟扬;基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D];华南理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 简金辉;超声辅助硬态切削切屑形态与表面加工质量的试验研究[D];河南理工大学;2010年

2 张琳;导电加热切削有限元模拟及实验研究[D];大连理工大学;2010年

3 胡景姝;切削用涡流管设计及风冷却切削试验与仿真[D];哈尔滨理工大学;2006年

4 王振兴;大型零件加工变形分析与控制[D];上海交通大学;2007年

5 刘胜;钛合金正交切削的温度场和切削力仿真与试验研究[D];南京航空航天大学;2007年

6 郭超;高铬铸铁切削加工过程有限元模拟仿真研究[D];中北大学;2010年

7 应正健;超硬材料车削过程的数值仿真研究[D];西华大学;2012年

8 刘庆涛;铝合金高速切削加工机理的仿真研究[D];沈阳理工大学;2012年

9 王晓亮;TC4钛合金切削温度的研究[D];沈阳理工大学;2013年

  本文关键词：硬态切削过程的有限元仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：301041