高速切削刀—屑接触界面摩擦建模研究

发布时间：2017-07-01 04:14

  本文关键词：高速切削刀—屑接触界面摩擦建模研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着计算机技术的发展,有限元仿真已经被广泛地应用于研究金属切削过程和切削区应力、应变、温度以及切削力等的分布状况中。为了能够更好地了解金属切削过程中刀-屑接触面的摩擦状态以及不同的切削参数对切削过程的影响,需要建立一个能够准确描述金属切削过程的摩擦模型,以便指导实际的加工生产,提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。 本文利用有限元分析软件ABAQUS建立不采用分离线的二维正交摩擦模型,简要叙述了有限元模型中单元网格类型、边界条件与约束的选择原理,采用Johnson-Cook本构模型对材料本构行为进行描述,用剪切损伤准则作为材料的分离准则。为了能够对刀-屑接触面的摩擦状态进行更准确的定义,利用ABAQUS有限元软件的用户子程序接口VFRIC对刀-屑摩擦界面进行二次开发,在库仑摩擦模型的基础上,建立了粘结-滑移摩擦模型和滑移区变摩擦系数摩擦模型。 同时,本论文通过高速切削实验获得45钢(AISI1045)的切屑根部试样,研究切屑形态随切削速度与刀具前角的变化情况,并对锯齿状切屑中绝热剪切带的形态以及切屑根部滑移线分布进行简要描述。 将实验获得的切削力与摩擦模型模拟出的切削力随着切削参数的变化情况进行对比分析,结果表明三个摩擦模型均能够准确地模拟出切削力随切削参数的变化趋势,即随着切削速度的提高和刀具前角的增大,切削力降低。但滑移区变摩擦系数摩擦模型模拟的准确性要高于库仑摩擦模型和粘结-滑移摩擦模型。 分析对比实验和三个摩擦模型的刀-屑接触长度与剪切角,发现刀-屑接触长度随切削速度和刀具前角的增大而降低,剪切角随切削速度和刀具前角的增加而增大,分析结果同样证明滑移区变摩擦系数摩擦模型对高速切削时刀-屑界面的摩擦状态的描述更为准确。对切削过程中切屑与工件内的应变、应力分布进行了分析,发现刀-屑接触面上的正应力随切削速度和刀具前角的减小而增大,切屑内等效塑性应变值随切削速度的升高而增大,而且剪切带中的等效塑性应变值从最大值处向四周逐渐降低,呈梯度变化。
【关键词】：高速切削 摩擦模型 二次开发 刀-屑接触面
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG501;TH117
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 高速切削概述9-11
• 1.2 刀-屑摩擦的有限元研究现状11-16
• 1.2.1 国外研究概况11-14
• 1.2.2 国内的研究概况14-16
• 1.2.3 存在的问题及发展趋势16
• 1.3 课题主要研究内容16-17
• 1.3.1 论文研究工作16-17
• 1.3.2 研究内容要解决的问题17
• 1.4 课题的研究意义和应用价值17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 刀-屑接触区摩擦状态理论分析与ABAQUS子程序二次开发19-32
• 2.1 金属切削过程的刀-屑界面接触特性19-23
• 2.1.1 刀-屑接触面摩擦状态20-21
• 2.1.2 刀-屑界面的粘结理论21-23
• 2.2 摩擦学基本理论23-25
• 2.3 ABAQUS中的摩擦定义25-27
• 2.3.1 ABAQUS中的摩擦定义25-26
• 2.3.2 ABAQUS中接触算法26-27
• 2.4 VFRIC子程序二次开发27-31
• 2.4.1 ABAQUS子程序开发平台27-29
• 2.4.2 摩擦模型子程序在ABAQUS中的调用方法29
• 2.4.3 子程序在运算中的调用及计算过程29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 3 高速切削实验研究32-42
• 3.1 概述32
• 3.2 实验材料与相关设备32-33
• 3.3 高速切削实验过程33-36
• 3.4 实验结果分析36-40
• 3.5 本章小结40-42
• 4 高速切削过程中刀-屑接触面摩擦模型的建立42-53
• 4.1 二维正交几何模型的建立42-44
• 4.1.1 有限元模型建立42-43
• 4.1.2 单元网格类型43
• 4.1.3 边界条件和约束43-44
• 4.2 高速切削摩擦建模中的关键技术44-47
• 4.2.1 材料动态塑性本构模型的确定44-46
• 4.2.2 切屑和工件的分离准则46-47
• 4.3 刀-屑界面摩擦模型的确定47-52
• 4.3.1 库仑摩擦模型49-50
• 4.3.2 粘着-滑移摩擦模型50-51
• 4.3.3 滑移区变摩擦系数摩擦模型51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 高速切削有限元模拟结果与实验结果对比分析53-79
• 5.1 切削力结果与验证54-63
• 5.1.1 随切削速度变化的切削力对比分析54-61
• 5.1.2 随刀具前角变化的切削力对比分析61-63
• 5.2 刀-屑接触长度对比分析63-66
• 5.3 剪切角计算模型及对比分析66-70
• 5.4 应力的分布及变化规律70-75
• 5.4.1 工件与切屑内等效应力的分布70-72
• 5.4.2 刀-屑接触界面正应力分析72-75
• 5.5 切屑内等效应变随切削速度的变化规律75-78
• 5.6 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-86
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况86-87
• 致谢87-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵军,孟辉,王素玉,贾秀杰,李作丽;高速切削锯齿状切屑的有限元模拟[J];工具技术;2005年01期

2 朱江新;阳平;;切削工艺参数对切屑形状的影响及其有限元分析[J];工具技术;2010年03期

3 吕琳;;高速切削技术的发展与应用[J];机电产品开发与创新;2008年01期

4 杨忠良;;高速切削的发展及应用领域[J];机械工程师;2010年04期

5 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

6 王霄;卢树斌;高传玉;;高速金属切削的摩擦分析及有限元模拟[J];润滑与密封;2007年01期

7 丁杰雄;崔海龙;张川东;付陆元;;面向金属切削过程数值模拟的材料本构方程和刀-屑摩擦特性[J];四川大学学报(工程科学版);2012年06期

8 付秀丽;艾兴;刘战强;万熠;;高速切削加工航空铝合金7050-T7451剪切角模型研究[J];中国机械工程;2007年02期

9 唐志涛;刘战强;艾兴;付秀丽;;金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究[J];中国机械工程;2007年06期

10 刘战强,艾兴,宋世学;高速切削技术的发展与展望[J];制造技术与机床;2001年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郭建英;基于不同刀—屑摩擦模型的金属切削过程动力学研究[D];太原理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 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

2 李红华;高速切削高温合金有限元模拟及试验研究[D];大连理工大学;2012年

  本文关键词：高速切削刀—屑接触界面摩擦建模研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：504527