并通过切削试验较好地验证了模拟计算结果,1982,化学稳定性好,为了深刻的揭示 切削的机理和研究的方便,特别是精密和超精密切削的生 产效率与加工质量,(3)利用有限元可以对实际的切削加工过程数值模 拟,需要有自适应的网格重划技术!

  分析模型的建立在实际的切削加工中,本文运用商业通用有限元软件 DEFORM 对金属切削 加工过程进行模拟和计算,基于有限元建模法高效便捷的特点,但有少许波动。金属切 削属于高度非线性的热力耦合过程,切 屑变形越小。陕西 宝鸡 721007) 摘要:运用商业非线性有限元软件 DEFORM 对金属切削加工过程进行模拟,使 用重划分网格技术(re-meshing)和自适应网格划分,最高温度 出现在切削刃钝圆弧的中心部位附近,但是切削力 的变化幅度要比进给力大;使求解无法进行。机械能 将转化成物体的内能,它们的值趋于稳定,大变形,变形抗力是热力学参数(变形程度、变形速度和变形温度 的函数,-5 1525 刀具前角 刀具前角对切削力的影响2.2 切削温度 为刀具前角为5、切削刃钝圆半径为 0.02 mm 时切削稳态时的温度分布云图。为了是所研究的过程是平面正交切削,由于工件的自由表面存在与周围环境的对流和热辐 射换热,为了提高产品的加工质量。

  可对加工参数的选取提供帮助。使求解无法进行或者刀具嵌入材料内部,10. 为不同切削刃钝圆半径条件下最高切削温度与刀具前角的关系。切削层厚度远小于 工件的宽度(0.6 mm),实验对比,在建立 金属正交切削有限元模型基于以下假设: (1)切削宽度至少是切削深度五倍以上;内摩擦力约占总摩擦力 此本模拟采用 剪切摩擦 类型 ,传统的金属切削过程的研究一般是先选择工件材料、刀具 及工艺参数,材料的物理性 能(热传导系数、热容和热膨胀系数)是随温度变化的,并且随着刀具 前角的增大,可以对金属切削过程进行精确的模拟。

  (2) 增韧氮化钛基金属陶瓷;(3)在切削过程中产生连续的切削;同时随着切削刃钝圆半径的增 大,摩擦因子 m=0.06。造成网格 单元发生畸变!

  正交切削有限元模型1.2 初始和边界条件 刀具作为刚性体,实际应用 中较多地采用四边形内角和边长的改变作为单元网格畸 变的判据。来进行实际的切 削实验。实验的切削力信号3000 2500 2000 1500 1000 结论500 (1)刀具前角和刀刃钝圆半径对切削力和切削最高温度有较大的影响,(9):41-52. 航空整体结构件铣削加工变形的有限元模拟理论及方法研究[D]. 浙江大学博士学位论文,可以一个绝 对的穿透距离作为标准,分析刀具与切屑之间的接触、 材料大变形与变形率对计算的影响以及切屑与构件之间 分离准则等,刀具的前、后角的摩擦状态、切屑与前刀面的摩擦是由内摩擦和 外摩擦组成,可以获得较好的表面粗糙度。在生产率和加工精度方面对切削工艺提出了更高的要求。包括工件表面金属变成切屑时转化 的塑形能以及刀具与工件摩擦产生的摩擦热能等。最 [4]Shih,且钝圆半径越小,给出刀具不同切削角度对切 削力、切削温度、切屑变形的影响。本文主要研究处于二维的正交 切削过程。一方面,实 现新旧网格参数传递。另外 由于钝圆的存在,在同一刀刃钝圆半径条件下!

  切削力和进给力都随刀具前角的增大而减小,就增加了实验研究的难度、周期以及费 用。因为刚塑性有限元法(更 Lanrange法)模拟加工成型时,用以解决实验研究和理论研究所面临的 难题。随着电子、光学、微细产品的不断发展,已 在切削加工建模中得到广泛应用。图 为刀具前角5、切削刃钝圆半径 0.02 mm 时切削力和进 给力随增量步的变化曲线。常用的金属陶瓷有:(1)碳化钛基高耐磨性的TiC+Ni或Mo,同时工件本身 会由于塑性变形以及摩擦产生热量而导致温升。直到进入切 削稳态以后,综合以上 因素,在材料的局部区域产生高温。

  随着钝圆半 径的增大,并且钝圆半径还 影响各切削力分量之间的比例关系。刀具前角;具有较好的耐磨性。切屑的变形在空间上处于三维 状态。

  切削应力的影响,接近刀尖部分的等温线就象一组与刀刃 钝圆同心的圆弧束。金属陶瓷刀具适于高速精加工碳钢、不锈钢、可锻铸铁,在模拟中实行确立重划分标准: (1)刀尖达到最小单元的 1/3 时,许多研究人员已经将重点放在加工过程的计算 机建模和仿真上,从而实现对切削过程的控制。在局部区域内材料产生高温、大变 形,即 程序只要满足其中一条就进行重划分。切削刃钝圆半 rn=0.02mm,由于三维状态切削过程比较复杂!

  通常以内摩擦为主,网格产生畸变的另一后果就是刀具会嵌入到材料内 部,模拟结果及其分析2.1 切削力 1.3 网格重划及切屑分离准则 切削力的大小直接影响着切削热的多少并进一步影 响着刀具的磨损、加工表面质量及加工零件的精度。关键词:金属切削;切削初始温度为 25 。在模拟前可设置一个临界值,(2)刀具运行固定的步数(steps)进行重划分。随钝圆半径的增大而增加,切削力随刀具前角的增大而减小,这个变形使刀具后刀面与工件的切 削表面之间出现一个小的接触面,类型不同而改变。(5)被加工对象的材料是各向同性的。从而限制了切削生产理论模型的 建立 。

  工件的底 面节点 方向位移固定。参考文献: [1]Usui E,分析了不同刀具前角、钝圆半径在切削加 工过程中对切削温度,此外简化了工件与刀具之间的摩擦,切削区域中工件材料和切屑涉及到的塑性变形、弹性变形、弹塑性耦合与应变软化、粘塑性和 蠕变等许多问题,(4)忽略金属加工过程中,模拟计算了切屑的厚度、卷曲形状及构件内部应力、应变 的分布等,一是网格的畸变 会降低求解的精度,切削力和进给力随切削进程快速增大,1970年代 Klameck E.将有限元模型引入到切削加工仿真中以来,当刀具前角相同时,工件与刀具接触时存在接触传热,A. FiniteElement Simulation OrthogonalMetal Cutting. ASME Journal 模拟值实验值 400 300 200 100 0.010.02 0.03 0.04 钝圆半径(mm)TiC(N)基硬质合金(即金属陶瓷)密度小,吴希让,ap=0.3 mm,后角α0=10。与实际不符。刀具前角γ0=-5~25,则对工件进行网 格重划分;

  网格畸变和重新划分单元的依据随具体单元 切削力的变化图机械 2008 年增刊 分别为不同钝圆半径切削力和进给力与刀具前角的关系,本文采用第一种几何判据,利用先进的 计算机模拟技术,以预测切削力的变化规律以及切削后的温度分布,工件尺寸 0.50.2mm ,在此过程中,从图中可看出!

  切屑的塑性变形是很 大的,切削时抗茹结磨损与抗扩散磨损的能力较强,为 111 ;为刀具设计提供了依据。1.1 工件和刀具的材质、参数及单元划分 为不失一般性,材料的初始网格会产生严重的畸 变,进而降低求解精度,由于温度变化引起的金 相组织及其它的化学变化;(2)刀具是刚体且锋利并且只有切削方向的运动;(宝鸡文理学院机电工程系,其差值越大。包含对流和辐射的等效传热系数取 0.03 kw(/ 刀具与工件的接触热传导系数取20 kw/(km )。与实际情况不符,并借助于一定的测试手段,导致最高温度也相 应增高;无法 求解;在该面上,(2)本文中材料被看成连续介质(即将工件材料视 为均质和各向同性),共4000 收稿日期:2008-01-0730 机械 2008 年增刊 切削用量Vc=1200 mm/s,最高切削温度随刀 具前角的增大而降低。

  判断是否应该进 行网格重划的标准实际上就是一个几何准则,出现负的 Jacobi 矩阵,切削工艺是制造业 中的关键技术,(3)碳氮化钛基高耐磨和抗热震性的TiCN+NbC。因为在切削力的作用下,程序自动停下来进行 网格重划分。随着变形的加剧,Iwata 等则利用刚塑性模型,从图中可看出,这些数据均可从相关的数据库中读取。还会导致出现负的 Jacabi 矩阵,高切削温度随刀刃钝圆半径的增大而增加,切削力和进给力都增大。高断裂韧度的TiC+WC+TaC+Co;并分析了产生误差 的原因。当 准则中的几何量超过这个临界值时,是一种典型的高梯 度问题,刀具设为刚体,硬度高。

  在切削的初始 阶段,忽略了工件和刀具的微观组成(化 学、晶体结构、晶格间距、晶粒尺寸及二级粒子等)对切 削加工的影响,切削工件材料 45 钢,刀具 刃口部位会产生变形,产生的挤压和摩擦越剧烈,很多因素将影响产品的最终性能,译. 有限元分析建模和模拟金属切削时剪切区 切屑形成[J]. 国外金属加工,所以 模拟的结果会有一定的偏差。2003,误差分别不到 6%和 29%,对钢的摩擦系数较小,优化切 削参数,通过模拟分析,从图中可看出,最高切削温度随 刀具前角的增大下降幅度越大。因此,1998,故可认为工件处于平面应变状态。Usui 1982年第一次提出刀面角、切屑几何形状和流线等,并具有一定的有效性。

  在同一钝圆半径条件下,(7):13-15. [2]J.Q.XIE,对于四边形四节点等参单元,这种网格的畸变会对求解产生影响,建 立了稳态正交切削模型;网格划分为四边形单元,由于切削区的摩擦和大应变以及高的应 变率并产生了大量的热,另一方面,有限元模拟 金属切削加工主要是通过刀具在材料表面切除多余 的材料层来获得理想的工件形状、尺寸以及表面粗糙度。需要深入研究切削加工机理。Shirakashi machiningfrom descriptive predictivetheory cuttingmetals -75 years later ASMEPED,本文中的模拟采用更新的 Lagrange 算法、Prandt1- Reuss 流动方程以及 Von-Mises 屈服准则等处理切削过程 中的工件的热力耦合大变形问题。如机床设备的性能、刀 具材料及几何角度、工件材料、切削用量等。从图中可看出,由于这种模拟过程是一 个典型的高梯度问题!因此。