C45钢介观尺度车削仿真与试验研究

发布时间：2017-05-02 18:00

  本文关键词：C45钢介观尺度车削仿真与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在介观尺度切削过程中,随着进给量不断减小到与晶粒尺寸和刀具钝圆半径同一数量级,切削过程往往在晶粒和晶界处进行。热轧态C45钢主要包含珠光体和铁素体两种金相,适用于基于微观组织形貌的仿真建模。本文针对传统的宏观切削中连续介质力学应用在介观尺度下建模仿真的局限性,系统的研究了在介观尺度下多相模型的建模方法。结合对热轧状态C45钢的金相组织分析结果,在介观尺度下建立了多个仿真模型,并通过准直角自由切削试验验证了仿真的可靠性,并结合切削理论分别从切削力、应力场、应变场和温度场对仿真结果进行了分析,同时也对试验结果进行了切削力分析。本文完成了介观尺度切削仿真中多相模型建模方法的研究,具体的研究内容如下:1.针对有限元仿真的关键技术进行了阐述,并运用到后续有限元建模中;对热轧态C45钢进行了金相组织分析,基于对C45钢微观组织分析,建立了包括等效均质模型、多相模型(矩形晶粒、Voronoi晶粒、真实晶粒)在内的几何模型,并对几何建模过程中存在的问题进行了说明。2.介绍了有限元模型的建立过程,并对材料本构模型的建立、切屑分离准则的选取、刀屑摩擦模型的选择和网格划分技术作了说明,结合前文建立的几何模型,建立了五组模型,包括等效均质模型(Model I),不带刀具钝圆半径的矩形晶粒模型(Model II),带刀具钝圆半径的矩形晶粒模型(Model III),带刀具钝圆半径的Voronoi晶粒模型(Model IV),带刀具钝圆半径的真实晶粒模型(Model V),对比五组模型,用于研究刀具钝圆半径、材料微观组织及晶粒形状对切削力的影响。3.为了进行仿真验证,进行了准直角自由切削试验,确定了切削力测量方案、积屑瘤观察法方案、切屑观察方案等,将单因素试验的切削力、切屑等进行分析研究,着重对进给量和切削速度对切削力的影响以及对切屑形貌的影响进行了研究,并通过仿真的切削力和试验中获得切削力进行对比,对有限元仿真结果进行验证。4.通过对比五组模型,对刀具钝圆半径、材料微观组织、晶粒形状对切削力的影响进行了深入研究;结合仿真结果,对五组模型的应力场进行分析;结合仿真结果,分析切削过程中的切削热,并与宏观切削中的温度场进行对比。
【关键词】：C45 介观尺度 有限元仿真 微观组织 多相模型
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG51
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 课题研究的背景和意义11-16
• 1.1.1 介观尺度切削加工概述12-13
• 1.1.2 介观尺度切削技术特点13-14
• 1.1.3 有限元仿真概述14-16
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势16-21
• 1.2.1 金属切削仿真国内外研究现状16-17
• 1.2.2 多相有限元仿真国内外研究现状17-21
• 1.3 主要研究内容与框架21-23
• 1.3.1 本文主要研究内容21-22
• 1.3.2 本文的研究框架22-23
• 第2章 介观尺度切削过程有限元仿真23-49
• 2.1 引言23
• 2.2 有限元仿真基础及关键技术23-30
• 2.2.1 弹塑性有限元仿真基础23-25
• 2.2.2 材料本构模型建立25-27
• 2.2.3 网格划分技术27
• 2.2.4 切屑分离准则27-28
• 2.2.5 失效准则28-30
• 2.3 多相几何模型的建立30-38
• 2.3.1 C45金相组织分析31-33
• 2.3.2 矩形晶粒几何模型建立33-34
• 2.3.3 Voronoi晶粒几何模型建立34-36
• 2.3.4 真实晶粒几何模型建立36-38
• 2.4 介观尺度车削仿真建模38-46
• 2.4.1 模型建立的理论基础38-39
• 2.4.2 模型建立的一般过程39-40
• 2.4.3 本构关系模型及失效准则40-41
• 2.4.4 网格划分技术41-45
• 2.4.5 摩擦模型及边界条件45-46
• 2.5 有限元模型对比46-48
• 2.6 本章小结48-49
• 第3章 准直角自由切削试验验证49-61
• 3.1 引言49-50
• 3.2 准直角自由切削试验50-54
• 3.2.1 试验用工件及刀具50-51
• 3.2.2 切削力的测量51-52
• 3.2.3 积屑瘤观察方案及结果52
• 3.2.4 切屑形貌观察方案52-53
• 3.2.5 试验参数53-54
• 3.3 切削力测量结果及分析54-57
• 3.3.1 进给量对切削速度的影响55-56
• 3.3.2 切削速度对切削力的影响56-57
• 3.4 切屑形貌分析57-58
• 3.5 仿真模型验证58-59
• 3.6 本章小结59-61
• 第4章 有限元仿真结果分析61-75
• 4.1 引言61
• 4.2 切削力仿真结果分析61-67
• 4.2.1 刀具钝圆半径对切削力的影响63-64
• 4.2.2 材料微观组织对切削力的影响64-65
• 4.2.3 晶粒形状对切削力的影响65-67
• 4.3 应力场仿真结果分析67-69
• 4.4 温度场仿真结果分析69-73
• 4.4.1 切削热产生机理分析70-71
• 4.4.2 切削热仿真结果分析71-73
• 4.5 本章小结73-75
• 总结和展望75-77
• 研究总结75-76
• 课题展望76-77
• 参考文献77-83
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单83-85
• 致谢85

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