金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究

发布时间：2017-05-28 07:03

  本文关键词：金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属切削加工过程是一个伴随高应变、高应变率和瞬间高温的切削变形过程，是一个复杂的热、力及其耦合作用过程。过去，人们对金属切削过程的研究主要是利用非常昂贵和耗时的试验方法，对此，随着计算机技术的迅猛发展，切削加工有限元建模与仿真技术成为主要工具。 切削加工仿真将有限元法有限元法和切削技术结合在一起，通过数值仿真可以研究切削加工过程中的切削力、应变、应变率、切屑、刀具温度等基本物理现象。本文基于国内外金属切削加工研究现状，采用金属切削基本理论、有限元数值模拟技术及铣削实验三者相结合的方法，从二维正交切削、三维斜角切削机理和薄壁件铣削数值模拟关键技术入手，采用热-力耦合有限元模型，对金属切削加工过程进行研究。 1.建立了航空铝合金7050-T7451带状切屑二维切削有限元模型，并分析应力、应变、切削力和温度的分布规律；为了研究钛合金锯齿状切屑形成机理，建立了钛合金TI-6Al-4V二维切削有限元模型，对其切屑成形过程进行了有限元仿真，并对其切削力与文献已有的实验数据进行比对，结果比较一致。 2.针对铝合金7050-T7451铣削加工，首先建立了三维热力耦合斜角切削加工有限元模型来模拟铣削过程，得到了切屑的形成过程及其形状，三维铣削力的变化，并对切削力进行试验验证，与仿真进行比对，验证了数值模拟的正确性。随后建立了整体硬质合金铣刀铣削薄壁件的有限元模型，分析了工件铣削加工后残余应力，并对薄壁件加工变形进行了预测。 论文的研究结果表明，有限元方法是一种用于模拟切削过程的有效工具。金属切削有限元模拟能够对切削过程的各主要物理要素进行预测，研究的模拟结果也比较接近实际情况。
【关键词】：有限元法 热-力耦合 切削力 残余应力 加工变形
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG501
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 概述9
• 1.2 国内外研究现状及趋势9-13
• 1.2.1 有限元软件的应用10-12
• 1.2.2 国外切削过程有限元模拟研究现状12-13
• 1.2.3 国内切削过程有限元模拟研究现状13
• 1.3 薄壁零件加工变形预测的研究现状13-14
• 1.4 存在的问题及课题拟开展的工作14-16
• 1.4.1 研究存在的不足15
• 1.4.2 论文的主要工作15-16
• 1.5 论文的结构16-17
• 第二章 金属切削基本理论17-23
• 2.1 金属切削变形理论17-18
• 2.2 切屑的形成过程及切削力和切削温度18-22
• 2.2.1 切屑的形成过程18-20
• 2.2.2 切削力20
• 2.2.3 切削热和切削温度20-22
• 2.2.4 影响切屑变形、切削力及切削温度的因素22
• 2.3 本章小结22-23
• 第三章 有限元仿真关键技术23-29
• 3.1 引言23
• 3.2 ABAQUS 软件介绍23-24
• 3.3 热力耦合有限元控制方程24-25
• 3.4 切削热的传导25-26
• 3.5 材料 Johnson—Cook 本构模型26
• 3.6 材料失效分离准则26-27
• 3.7 摩擦模型27
• 3.8 局部网格的划分技术27-28
• 3.9 本章小结28-29
• 第四章 二维正交切削有限元仿真29-47
• 4.1 引言29
• 4.2 铝合金带状切屑有限元仿真29-38
• 4.2.1 材料模型29-30
• 4.2.2 正交几何模型30-31
• 4.2.3 切削仿真结果分析31-38
• 4.3 钛合金锯齿状切屑有限元仿真38-45
• 4.3.1 材料几何模型38-41
• 4.3.2 仿真模拟结果与分析41-45
• 4.4 本章小结45-47
• 第五章 三维斜角切削有限元仿真技术47-59
• 5.1 引言47
• 5.2 有限元模型的建立47-51
• 5.3 仿真模拟与实验结果分析51-57
• 5.3.1 切屑成形过程模拟51-52
• 5.3.2 切削温度模拟52-53
• 5.3.3 切削力及其试验验证53-57
• 5.4 本章小结57-59
• 第六章 薄壁件加工变形有限元模拟研究59-71
• 6.1 引言59
• 6.2 薄壁件加工变形分析59-60
• 6.3 薄壁件加工变形有限元模型60-62
• 6.4 数值模拟结果分析62-70
• 6.4.1 已加工表层残余应力模拟分析62-67
• 6.4.2 铣削温度模拟分析67-68
• 6.4.3 铣削加工变形模拟分析68-70
• 6.5 本章小结70-71
• 第七章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目77-79
• 发表论文77
• 科研项目77-79
• 致谢79-80

【参考文献】

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本文编号：402102