金属切削过程有限元分析

发布时间：2017-05-14 17:14

  本文关键词：金属切削过程有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的发展，人们对金属切削技术提出了更高的要求，因此更加迫切地要求获得高效率、高精度的切削技术。在这种环境下，金属切削的有限元仿真技术也得到了很大的发展，这种低成本、更加方便直观的仿真技术对实际的切削加工有很大的参考价值。 本文对切屑的形成过程进行了分析，在此基础上建立了二维切削力数学模型和球头铣刀三维铣削力数学模型，并对两种模型进行比较，指出铣削过程可以近似地用二维模型进行研究，从而简化分析过程。 本文使用ANSYS/LS-DYNA软件建立二维正交金属切削有限元模型，刀具材料为WC硬质合金，工件材料为45钢，而且都看成是可变形体。工件材料使用Johnson-Cook模型，刀具为弹塑性体。用Johnson-Cook破裂准则实现切屑和工件的分离，采用自适应性网格划分技术，并对沙漏现象进行了控制，使用LS-PREPOST程序对分析的结果进行后处理。 通过对分析的结果进行讨论，得到如下结论： 1、在小的切削速度下形成连续状的切屑，当切削速度增大到一定程度时会形成不连续的切屑； 2、切屑的最大塑性应变发生在刀屑接触区，最大等效应力和最大等效应力都发生在接近刀尖处，且三种等效应力值都由主要变形区向外递减。 3、刀具的等效应力主要集中在刀尖和后刀面处，因此在切削过程中刀尖和后刀面首先发生磨损。 4、随着切削速度的增大切削力也增大，当切削速度增大到一定值时切削力减小，进入高速切削阶段；切削力随着刀具前角的增大而减小；切削力随着切削厚度的增大而增大。
【关键词】：有限元模型 切削力 数学模型 二维模型
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG501
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 金属切削的有限元仿真9-10
• 1.3 研究背景及国内外现状10-13
• 1.4 ANSYS/LS-DYNA13-15
• 1.4.1 简介13
• 1.4.2 ANSYS/LS-DYNA 计算流程13-15
• 1.5 本论文研究的目的和意义15
• 1.6 本论文的主要工作15-17
• 第2章 金属切削理论基础17-34
• 2.1 切屑的形成17-20
• 2.1.1 第一变形区的剪切滑移变形18
• 2.1.2 刀-屑界面的摩擦和第二变形区18-19
• 2.1.3 第三变形区19-20
• 2.2 切削力的来源20
• 2.3 二维切削力理论模型20-26
• 2.3.1 剪切角与切屑厚度21
• 2.3.2 剪应变的计算21-22
• 2.3.3 二维切削时的速度关系22
• 2.3.4 剪应变速度的分析22-23
• 2.3.5 切削力的平衡力系23-26
• 2.4 球头刀三维铣削力模型26-33
• 2.4.1 铣刀刃线几何模型26-27
• 2.4.2 单元铣削力模型27-30
• 2.4.3 整体切削力模型30-31
• 2.4.4 切削区间31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 建立二维金属正交切削有限元模型34-46
• 3.1 三维铣削过程的二维简化34-35
• 3.2 建立几何模型35-36
• 3.3 单元选择36-37
• 3.4 材料模型37-38
• 3.5 网格划分38-40
• 3.6 接触的定义40-41
• 3.6.1 PART 的定义和接触类型的选择40-41
• 3.6.2 摩擦系数的计算41
• 3.7 切屑的分离准则41-43
• 3.8 加载和切削速度的定义43-44
• 3.8.1 边界条件的定义43
• 3.8.2 切削速度的加载43-44
• 3.9 求解和过程控制44-45
• 3.9.1 沙漏的控制44-45
• 3.9.2 质量缩放45
• 3.10 本章小结45-46
• 第4章 有限元分析结果46-57
• 4.1 LS-PREPOST 后处理46-47
• 4.2 切屑形状分析47-49
• 4.2.1 连续切屑47-48
• 4.2.4 不连续状切屑48-49
• 4.3 切屑形成机理49-51
• 4.3.1 切屑等效塑性应变分布49-50
• 4.3.2 切屑等效应力分布50
• 4.3.3 切屑剪应力分布50-51
• 4.4 刀具的应力分布及其动态变化51-52
• 4.4.1 刀具等效应力动态变化过程51-52
• 4.5 切削力52-55
• 4.5.1 切削速度对切屑力的影响53-54
• 4.5.2 刀具前角对切削力的影响54-55
• 4.5.3 切削厚度对切削力的影响55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 总结与展望57-59
• 5.1 总结57
• 5.2 未来展望57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈刚,陈忠富,陶俊林,牛伟,张青平,黄西成;45钢动态塑性本构参量与验证[J];爆炸与冲击;2005年05期

2 董玉斌,张万甲,经福谦,韩钧万,陈大年,苏林祥,封加波;动态断裂过程的数值分析及LY-12铝的层裂[J];高压物理学报;1988年04期

3 李洪江;庄海军;;球头铣刀铣削力仿真技术研究[J];航空精密制造技术;2006年01期

4 方刚,曾攀;金属正交切削工艺的有限元模拟[J];机械科学与技术;2003年04期

5 邓文君,夏伟,周照耀,邵明,李元元;正交切削高强耐磨铝青铜的有限元分析[J];机械工程学报;2004年03期

6 方刚,曾攀;切削加工过程数值模拟的研究进展[J];力学进展;2001年03期

7 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

8 董辉跃;柯映林;成群林;;铝合金三维铣削加工的有限元模拟与分析[J];浙江大学学报(工学版);2006年05期

9 胡昌明,贺红亮,胡时胜;45号钢的动态力学性能研究[J];爆炸与冲击;2003年02期

10 梁锡昌,郑小光,徐国斌;超高速铣削的理论研究[J];机械工程学报;2001年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 董辉跃;航空整体结构件加工过程的数值仿真[D];浙江大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 吴勃;金属切削加工过程的有限元建模与仿真[D];江苏大学;2006年

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本文编号：365774