切削加工过程与残余应力仿真研究

发布时间：2017-04-14 11:02

  本文关键词：切削加工过程与残余应力仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：切削加工是利用刀具从工件毛坯上切除多余的材料,使工件达到规定的几何形状,尺寸精度和表面质量的机械加工方法。在切削加工过程中,为了提高其生产效率和加工质量,需要对切削机理和已加工表面残余应力进行研究。在现代研究领域,计算机仿真方法已经成为了研究切削加工过程的有效手段。本文将基于有限元仿真软件DEFORM-3D平台,对金属切削加工过程、残余应力产生过程、消减残余应力方法等方面进行数值模拟分析,揭示了整个加工过程中温度场、应力场等物理现象的规律,这对切削机理和残余应力的研究有着重要的现实意义。 本文研究的内容主要有以下两个方面： (1)对金属切削加工原理进行了分析,介绍了切削过程中切屑、积屑瘤、切削力、切削温度等物理现象。通过对几何模型建立、网格划分、材料模型建立以及对边界条件和接触摩擦的设置,建立了完整的切削加工有限元模型,并对该模型进行了模拟运算。 (2)鉴于残余应力对机械加工成形零件质量与使用性能的重大影响,对切削成形工件内部残余应力的产生过程、大小和分布进行了计算机仿真分析,并结合合理的热处理工艺对消减残余应力过程进行了数值模拟研究。 通过以上研究可以获得以下结论： (1)不同的刀具前角、切削速度、切削深度等切削因素对切屑变形系数、切削力、切削温度以及残余应力的影响均有一定的规律性,这对切削机理以及残余应力的研究提供了重要的参考依据。 (2)经过去应力退火处理,工件内部的残余应力得到了大幅的消减,证明了该热处理方案的有效性。
【关键词】：切削加工 计算机仿真 DEFORM-3D 有限元 残余应力
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG501.1
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 切削加工仿真技术概况10-12
• 1.2.1 几何仿真的应用及现状10-11
• 1.2.2 物理仿真(有限元仿真技术)国内外发展状况11-12
• 1.3 残余应力的研究概况12-17
• 1.3.1 残余应力的概念及分类13-14
• 1.3.2 残余应力产生的原因14-15
• 1.3.3 残余应力的国内外研究概况15-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 有限元方法与DEFORM软件介绍18-28
• 2.1 有限元方法概述18-19
• 2.2 金属塑性成形有限元法概述19-21
• 2.2.1 金属塑性成形有限元法类型20-21
• 2.3 弹塑性有限元法的基本原理21-23
• 2.3.1 弹塑性有限元法的本构关系21
• 2.3.2 弹塑性有限变形的拉格朗日描述法21-23
• 2.4 DEFORM-3D有限元软件概述23-27
• 2.4.1 DEFORM软件简介23-24
• 2.4.2 DEFORM-3D软件特点24
• 2.4.3 DEFORM-3D的有限元仿真流程24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 切削加工理论及有限元仿真分析28-51
• 3.1 金属切削加工过程原理分析28-37
• 3.1.1 金属切削变形过程与切屑的类型28-31
• 3.1.2 积屑瘤的产生与影响31-32
• 3.1.3 切削力的产生与影响因素32-35
• 3.1.4 切削热与切削温度35-37
• 3.2 三维切削加工有限元模型建立37-42
• 3.2.1 几何模型的建立37
• 3.2.2 网格划分及网格重划37-39
• 3.2.3 材料模型的建立39-40
• 3.2.4 边界条件与接触摩擦设置40-42
• 3.2.5 切屑分离准则42
• 3.3 切削加工仿真结果与分析42-50
• 3.3.1 切屑形成过程及物理场分析42-45
• 3.3.2 刀具前角对模拟结果的影响45-47
• 3.3.3 切削速度对模拟结果的影响47-49
• 3.3.4 切削深度对模拟结果的影响49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 切削加工残余应力仿真研究51-58
• 4.1 残余应力的获取51-52
• 4.2 残余应力分析52-53
• 4.3 切削参数对残余应力的影响53-55
• 4.3.1 刀具前角对残余应力的影响53-54
• 4.3.2 切削速度对残余应力的影响54
• 4.3.3 切削深度对残余应力的影响54-55
• 4.4 消减残余应力的热处理工艺55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 结论58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王敏;李旭东;张赋;王婉叶;;基于DEFROM软件的自由曲面切削加工仿真技术研究[J];甘肃科技;2011年11期

2 代宝林;周丽;黄树涛;许立福;;基于DEFORM的整体CBN刀具切削钛合金的有限元分析[J];工具技术;2012年10期

3 鲁建霞;苟惠芳;;有限元法的基本思想与发展过程[J];机械管理开发;2009年02期

4 黄丹,刘成文,郭乙木;金属正交切削加工过程的有限元分析[J];机械强度;2003年03期

5 王跃先,陈军,阮雪榆;ALE有限元方法在金属塑性加工中的应用[J];模具技术;2001年03期

6 宋金玲,魏天路,顾立志;金属切削中刀-屑接触长度的有限元分析[J];农业机械学报;2003年03期

  本文关键词：切削加工过程与残余应力仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：305834