二维金属切削过程计算机仿真.doc

目 录1 绪论 11.1研究的目的和意义 11.2有限元模拟金属切削过程的国内外现状 21.2.1 国外研究现状 21.2.2国内研究现状 31.3二维金属切削过程有限元分析的发展现状 41.3有限元研究的意义 61.4金属切削存在的技术问题 71.5 ansys 简介 81.6 本文研究的内容 81.7本文研究路线 92 基本理论 102.1.金属切削的相关历史 102.2金属切削的基本理论 112.2.1金属的晶格结构 112.2.2塑性变形机理 122.2.3金属切削过程的实质 132.2.4金属切削一些相关知识 142.3有限元的基本理论 172.4本文中用到的有限元理论 192.5切屑-基体分离处理 202.6接触分析 213 二维金属切削计算机模拟过程 223.1有限元模型的建立 223.1.1设定作业名和标题 223.1.2定义分析类型 233.1.3定义单元类型 233.1.4定义实常数 243.1.5定义刀具和工件的材料属性 243.1.6建立有限元并划分网格 253.1.7定义节点耦合 263.2定义接触 273.3施加约束和载荷 283.4求解 284 结果分析 294.1应力场分析 294.2应变场分析 30致谢 32参考文献 33IIIee1 绪论1.1研究的目的和意义 在机械制造的研究领域中，对金属切削过程的研究一直是国内外研究的热点和难点，因为在零件的切削加工过程中，刀具的磨损及机床的受力、受热均与金属切削过程的参数有关，同时金属切削过程中的切屑形成和剪切区应力场的变化也是一个非常复杂的过程，因此金属切削过程的研究在机械制造的研究领域中占有重要的地位[1]。

金属切削的科学研究是为揭示切削过程中的物理变化本质和规律，并有效地使用这些规律，提高切削效率和改善加工表面质量研究方法主要包括实验研究、理论分析和有限儿仿真等由于金属切削是一个十分复杂的非线性热力藕合过程，切削过程中的各种物理现象，如切削力、切削热、刀具磨损以及加工表面变质层等都以不同形式、不同程度影响加工过程，并且又相互交叉影响，利用理论分析和有限元仿真研究时必须作大量的简化假设，很难准确、全面地研究切削过程，而且，理论分析和有限儿仿真的最终结果都要依靠实验来验证因此，到目前为止，实验仍是研究金属切削机理的土要方法，现代金属切削研究相当大程度上仍是以实验研究为基础但是，随着新材料、新工艺的不断涌现，利用传统的解析方法，很难对切削机理进行定量的分析与研究企业切削加下操作人员往往都是利用试错法( Trial-and-error Method)来获得经验值，既费时费力，又增加了生产成本，阻碍了切削技术的发展同时山于实验方法本身固有的缺陷，很难得到切削过程中切削区的应变率分布、加工工件表面的温度场分布和加工工件表面的残余应力分布情况等计算机技术的飞速发展使得利用数值模拟方法来研究加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。

它使用数学物理模型，利用相关理论，对所需功率、切削力、切削温度、应变、应变率、残余应力和切屑成形进行仿真在刀具设计、工艺选择、加工表面质量分析、可加工性估计和断屑研究中，这些计算模型一可以有效减少甚至消除反复实验次数，克服传统实验方法的费时、费力、费用昂贵等缺点，还可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性，如:加工工件和切屑的温度场分布、应力分布、应变率分布和残余应力分布等，能较好地从理论上澄清金属切削过程的难点，对实际加工也具有很大的参考价值近年来，有限元方法在切削工艺中的应用表明，切削工艺和切屑形成的有限元模拟对了解切削机理，提高切削质量是很有帮助的，这种数值模拟方法具有实际应用价值，并且有很大的发展空间1.2有限元模拟金属切削过程的国内外现状1.2.1 国外研究现状二十世纪七十年代初，美国伊利诺伊大学的Klameck[2]最早使用有限元模拟技术对金属切屑成形过程进行研究分析，通过实验验证了其模拟结果的正确性Doyle等人建立了一种新的有限元分析模型一粘弹性有限元分析模型，并把前刀面和切屑之间的摩擦以及刀背面和己加工表面间的摩擦都考虑到该新模型中到八十年代，Iwata等人利用刚塑性有限元法对金属切削过程进行了正交切削模拟分析，模拟结果得到了切屑、工件内部应力、应变的分布，由于模型中没有考虑到弹性变形，所以没有得到工件表面的残余应力.Strenkowski和Carroll[3]建立了新的切削分析模型一弹塑性有限元分析模型，采用物理准则(等效塑性应变)作为切屑分离准则。

并在分析中把刀具、工件和切屑之间的摩擦关系考虑到分析模型中，模拟得到了连续切屑成形过程和内部各变量的分布云图，模拟结果表明该物理准则在金属切削模拟分析中是有效的.进入九十年代，Moon和StrenkoWSki用Eular有限元法模拟分析金属切削过程，得到了连续带状切屑成形过程模拟得到了工件和刀具中的各种场变量分布云图(应力场、应变场和温度场分布等)Kamvopolns使用有限元分析软件ABAQUS建立了新的金属正交切削材料模型，通过在工件和切屑上预设分离线来实现切屑分离过程.模拟结果得到了切屑和刀具之间的摩擦应力以及刀具的磨损、积屑瘤情况，用弹塑性有限元模型模拟研究了摩擦系数对切屑厚度、刀一屑接触长度和各种场变量的影响变化规律.Sasahara和Obikawa等人在没有考虑切削温度和应变速率的情况下模拟了切削加工过程，用弹塑性有限元法模拟得到已加工表面的残余应力和应变分布，通过与实验结果比较，证明其模拟分析结果是比较可靠的Lays Olovssan等人采用任意的Lagrange-Euler方法建立了金属切削有限元模型，该方法能够有效的处理金属切削过程中的一些关键性问题，特别是对于网格畸变方面的处理。

进入二十一世纪以后，随着计算机软硬件技术的飞速发展和有限元理论的日趋完善，借助计算机进行有限元模拟分析的应用范围也是越来越广泛台湾科技大学的Zone-Ching Lin'等人使用更新的Lagrange法来处理金属切削分析过程中的大变形问题对切削过程 说明此文仅提供给大家参考学习本人近300份同类文本为防止抄袭均已做图化处理如有朋友想了解我这有些哪些其他课题可前往空间 再通过豆丁文库搜索同名课题即可看到我的作品感谢豆丁网文库工作人员的辛勤审核给大家带来豆丁网这样一个知识分享平台希望大家多多支持豆丁网和我分享所有的作品To读者某度文库真心差，某度文库只是因为我图化了我的文档，而多次以内容缺失不连贯为由，拒绝我的提交，难道非要传原版，让人得以复制粘贴助长学术腐败的不良风气？真正愿意分享资料负责认真给大家学习平台的还是豆丁网比较好，所以我转而选择了豆丁网此段纯属作者我吐槽，以表达对店大欺人的某度的不满，并由衷感谢豆丁网的支持。