基于ABAQUS的导电加热切削GCr15钢有限元模拟及切屑形成研究
发布时间：2022-02-24 04:04
随着现代工业的迅猛发展,更多高硬度、高应变硬化率、高强度的材料被广泛应用,通过常规的加工方法和刀具材料对这些材料进行加工会出现难以保证表面质量和加工精度、大幅度降低刀具使用寿命等问题。而导电加热切削是改善难加工材料可加工性,提升刀具耐用度,提高加工表面质量的有效办法。分析研究电热耦合机理,研究加热电流对切削过程的作用机制,通过有限元仿真揭示加热电流和切削参数对切削加工的影响,同时揭示切屑形成过程有非常重要的意义。以GCr15钢为研究对象,采用有限元软件ABAQUS建立电热耦合模型,研究了加热电阻通以加热电流产生的焦耳热引起工件材料的温升变化;建立切削加工模型,分析了加热电流、切削参数和刀具前角参数对切削力、切削温度和刀具磨损深度的影响;探究了锯齿形切屑的形成过程。经过研究得出以下主要结论:（1）建立加热电阻模型,然后以加热电阻为基础进行电热耦合分析,将分析得到的切削区平均温升作为导电加热切削的初始温升。（2）切削力随着刀具前角的增加有所下降;切削力随着切削速度的增加而小幅度的增加;随着切削深度的增加,切削力增加。（3）随着刀具前角的变大,工件的切削温度最高值逐渐减小;随着切削速度的提高...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文的选题背景和研究意义
1.2 加热切削技术的发展现状
1.2.1 国外的研究现状
1.2.2 国内的发展现状
1.3 本课题的主要研究内容
1.4 本章小结
2 导电加热切削相关理论基础
2.1 导电加热切削基本原理
2.2 刀-工接触区电传导机理
2.3 接触电阻理论
2.4 根据切削温度控制切削过程
2.5 本章小结
3 导电加热切削加热电阻模型及分析
3.1 KAINTH提出的加热电阻模型
3.2 综合现有基础建立的模型
3.3 基于加热电阻的电热耦合有限元模拟
3.3.1 有限元法基本原理及ABAQUS简介
3.3.2 电热耦合基本理论分析
3.3.3 有限元模型的建立
3.3.4 模拟结果分析
3.4 基于加热电阻的正交实验
3.4.1 主要实验装置简介
3.4.2 实验方案设计及实验结果
3.4.3 实验结果分析
3.5 本章小结
4 导电加热切削有限元模拟
4.1 二维有限元模型的建立
4.1.1 直角正交切削过程转化及假设条件
4.1.2 几何模型建立及边界条件约束
4.1.3 网格划分
4.2 建立模型的关键技术
4.2.1 材料本构模型
4.2.2 切屑分离准则
4.2.3 刀屑接触摩擦模型
4.2.4 质量放大
4.3 仿真结果分析
4.3.1 切削力仿真分析
4.3.2 切削温度场分析
4.3.3 剪切角变化分析
4.3.4 加热电流对切削过程分析
4.4 本章小结
5 锯齿形切屑形成研究及有限元模拟
5.1 切削锯齿形切屑形成机理
5.1.1 绝热剪切理论
5.1.2 周期性断裂理论
5.1.3 锯齿形切屑在直角切削时的形成过程
5.2 切屑锯齿化临界条件理论分析
5.3 第一变形区变形及温度的计算
5.3.1 第一变形区剪应变和剪应变率计算
5.3.2 第一变形区温度计算
5.4 锯齿形切屑形成过程的有限元模拟
5.4.1 不同加热电流下的切屑形成对比
5.4.2 不同切削速度下的切屑形成
5.4.3 单个锯齿形切屑在切削过程中的应变和温度分布
5.4.4 形成过程分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁场条件下钢轨材料的摩擦磨损性能试验研究[J]. 杨杰,刘志伟,刘雄,董霖. 润滑与密封. 2017(02)
[2]导电加热切削有限元仿真及试验研究[J]. 刘新,徐文骥,孙晶,张琳. 中国机械工程. 2012(21)
[3]导电加热切削加热电阻特性研究[J]. 刘新,徐文骥,孙晶,张琳. 电加工与模具. 2011(06)
[4]高速切削锯齿形切屑形成机理的研究现状与发展[J]. 杨奇彪,刘战强,苏国胜. 工具技术. 2011(03)
[5]淬硬轴承钢锯齿形切屑形成机理[J]. 吴申峰,张雪萍. 上海交通大学学报. 2011(01)
[6]绿色切削技术的研究现状及发展[J]. 刘献礼,王艳鑫,郭凯. 航空制造技术. 2009(13)
[7]导电加热切削切削区加热电阻模型及试验分析[J]. 赵学智,叶邦彦,陈统坚. 机械工程学报. 2009(01)
[8]金属切削变形本构方程的研究[J]. 刘战强,吴继华,史振宇,赵丕芬. 工具技术. 2008(03)
[9]淬硬钢的导电加热切削实验研究[J]. 孙鹏,徐文骥,刘新,廖爱华. 电加工与模具. 2006(02)
[10]绝热剪切型锯齿形切屑第一变形区变形和温度的计算[J]. 段春争,王敏杰. 中国机械工程. 2004(11)
博士论文
[1]高速切削锯齿形切屑的形成机理及表征[D]. 杨奇彪.山东大学 2012
[2]高速切削锯齿形切屑形成过程与形成机理研究[D]. 苏国胜.山东大学 2011
[3]电阻连续加热成形电—热—力耦合试验及模拟[D]. 门正兴.重庆大学 2010
[4]高速切削锯齿形切屑的实验研究与本构建模[D]. 鲁世红.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]基于Deform的GCr15钢通电加热硬切削模拟仿真[D]. 刘雄.西华大学 2017
[2]不锈钢不等厚板单面双点焊过程数值模拟研究[D]. 郭紫华.吉林大学 2016
[3]典型难加工材料导电加热切削表面完整性研究[D]. 石良.大连理工大学 2016
[4]高速切削高温合金GH4169表面残余应力研究[D]. 刘鲁涛.燕山大学 2015
[5]新型导电加热车削原理及其试验验证[D]. 周竞.厦门大学 2014
[6]通电加热铣削技术及其过程监测研究[D]. 吴林涛.厦门大学 2014
[7]淬硬Gcr15轴承钢高速切削仿真及切屑形成机理研究[D]. 杨挺.昆明理工大学 2014
[8]导电加热渐进成形试验和模拟研究[D]. 池永涛.大连理工大学 2012
[9]导电加热切削有限元模拟及实验研究[D]. 张琳.大连理工大学 2010
[10]先进金属材料高速切削加工有限元模拟及理论分析[D]. 方彬.浙江大学 2010
本文编号：3641938
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 论文的选题背景和研究意义
1.2 加热切削技术的发展现状
1.2.1 国外的研究现状
1.2.2 国内的发展现状
1.3 本课题的主要研究内容
1.4 本章小结
2 导电加热切削相关理论基础
2.1 导电加热切削基本原理
2.2 刀-工接触区电传导机理
2.3 接触电阻理论
2.4 根据切削温度控制切削过程
2.5 本章小结
3 导电加热切削加热电阻模型及分析
3.1 KAINTH提出的加热电阻模型
3.2 综合现有基础建立的模型
3.3 基于加热电阻的电热耦合有限元模拟
3.3.1 有限元法基本原理及ABAQUS简介
3.3.2 电热耦合基本理论分析
3.3.3 有限元模型的建立
3.3.4 模拟结果分析
3.4 基于加热电阻的正交实验
3.4.1 主要实验装置简介
3.4.2 实验方案设计及实验结果
3.4.3 实验结果分析
3.5 本章小结
4 导电加热切削有限元模拟
4.1 二维有限元模型的建立
4.1.1 直角正交切削过程转化及假设条件
4.1.2 几何模型建立及边界条件约束
4.1.3 网格划分
4.2 建立模型的关键技术
4.2.1 材料本构模型
4.2.2 切屑分离准则
4.2.3 刀屑接触摩擦模型
4.2.4 质量放大
4.3 仿真结果分析
4.3.1 切削力仿真分析
4.3.2 切削温度场分析
4.3.3 剪切角变化分析
4.3.4 加热电流对切削过程分析
4.4 本章小结
5 锯齿形切屑形成研究及有限元模拟
5.1 切削锯齿形切屑形成机理
5.1.1 绝热剪切理论
5.1.2 周期性断裂理论
5.1.3 锯齿形切屑在直角切削时的形成过程
5.2 切屑锯齿化临界条件理论分析
5.3 第一变形区变形及温度的计算
5.3.1 第一变形区剪应变和剪应变率计算
5.3.2 第一变形区温度计算
5.4 锯齿形切屑形成过程的有限元模拟
5.4.1 不同加热电流下的切屑形成对比
5.4.2 不同切削速度下的切屑形成
5.4.3 单个锯齿形切屑在切削过程中的应变和温度分布
5.4.4 形成过程分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁场条件下钢轨材料的摩擦磨损性能试验研究[J]. 杨杰,刘志伟,刘雄,董霖. 润滑与密封. 2017(02)
[2]导电加热切削有限元仿真及试验研究[J]. 刘新,徐文骥,孙晶,张琳. 中国机械工程. 2012(21)
[3]导电加热切削加热电阻特性研究[J]. 刘新,徐文骥,孙晶,张琳. 电加工与模具. 2011(06)
[4]高速切削锯齿形切屑形成机理的研究现状与发展[J]. 杨奇彪,刘战强,苏国胜. 工具技术. 2011(03)
[5]淬硬轴承钢锯齿形切屑形成机理[J]. 吴申峰,张雪萍. 上海交通大学学报. 2011(01)
[6]绿色切削技术的研究现状及发展[J]. 刘献礼,王艳鑫,郭凯. 航空制造技术. 2009(13)
[7]导电加热切削切削区加热电阻模型及试验分析[J]. 赵学智,叶邦彦,陈统坚. 机械工程学报. 2009(01)
[8]金属切削变形本构方程的研究[J]. 刘战强,吴继华,史振宇,赵丕芬. 工具技术. 2008(03)
[9]淬硬钢的导电加热切削实验研究[J]. 孙鹏,徐文骥,刘新,廖爱华. 电加工与模具. 2006(02)
[10]绝热剪切型锯齿形切屑第一变形区变形和温度的计算[J]. 段春争,王敏杰. 中国机械工程. 2004(11)
博士论文
[1]高速切削锯齿形切屑的形成机理及表征[D]. 杨奇彪.山东大学 2012
[2]高速切削锯齿形切屑形成过程与形成机理研究[D]. 苏国胜.山东大学 2011
[3]电阻连续加热成形电—热—力耦合试验及模拟[D]. 门正兴.重庆大学 2010
[4]高速切削锯齿形切屑的实验研究与本构建模[D]. 鲁世红.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]基于Deform的GCr15钢通电加热硬切削模拟仿真[D]. 刘雄.西华大学 2017
[2]不锈钢不等厚板单面双点焊过程数值模拟研究[D]. 郭紫华.吉林大学 2016
[3]典型难加工材料导电加热切削表面完整性研究[D]. 石良.大连理工大学 2016
[4]高速切削高温合金GH4169表面残余应力研究[D]. 刘鲁涛.燕山大学 2015
[5]新型导电加热车削原理及其试验验证[D]. 周竞.厦门大学 2014
[6]通电加热铣削技术及其过程监测研究[D]. 吴林涛.厦门大学 2014
[7]淬硬Gcr15轴承钢高速切削仿真及切屑形成机理研究[D]. 杨挺.昆明理工大学 2014
[8]导电加热渐进成形试验和模拟研究[D]. 池永涛.大连理工大学 2012
[9]导电加热切削有限元模拟及实验研究[D]. 张琳.大连理工大学 2010
[10]先进金属材料高速切削加工有限元模拟及理论分析[D]. 方彬.浙江大学 2010
本文编号：3641938
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3641938.html
