【正文】 網(wǎng)格；等效應(yīng)力、等效應(yīng)變以及破壞程度的等高線和等色圖；速度場；溫度場；壓力行程曲線等。這三個模塊主要完成以下功能：力學(xué)模型的建立與離散化以及初、邊值條件的提法是前處理器的關(guān)鍵。 DEFORM3D 處理的對象為復(fù)雜的三維零件、模具等，其模型來自 CAD 系統(tǒng)的面 或?qū)嶓w造型 (STL／ SLA)格式，并集成有設(shè)備成形模型。利用 DEFORM 可獲得金屬成形過程的速度場、靜水壓力場、應(yīng)力應(yīng)變場、溫度場結(jié)果，以分析型材成形中波浪、扭擰、折疊、裂紋等缺陷。具備集成的金屬合金材料庫、多種成形設(shè)備模型和可供用戶自定義的子程序。 DEFORM3D 的計算精度和結(jié)果可靠性，被國際成形模擬領(lǐng)域公認為第一。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 4 第二章 DEFORM3D軟件的介紹與切削模型的建立 DEFORM 軟件的介紹 20世紀 70 年代后期，位于美國加州伯克利的加利福尼亞大學(xué)小林研究室在美 國軍方的支持下開發(fā)出了有限元軟件 ALPID， 1990年在此基礎(chǔ)上開發(fā)出 DEFORM2D軟件。因此，關(guān)于鈦合金的切削加工一直都是研究熱點，學(xué)者們從不同角度對鈦合金的切削加工作了研究： 20xx 年，史興寬等通過紅外線測溫和數(shù)值計算的方法，研究了鈦合金 TC4 高速銑削時表面溫度場的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)高速銑削時，切削點與即將切削部位有很大的溫度梯度。 (3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時約小 20％，由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位 接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。 除此之外，鈦合金還具有熔點高、摩擦系數(shù)大、常溫回彈大、塑性低、比重輕等特性。 鈦的導(dǎo)熱系數(shù) λ低，λ =（ m(2)β相鈦合金（用 TB 表示）；（ 3）α+β相鈦合金（用 TC 表示 )。此 外，鈦合金的成本相對鋼鐵、鋁合金等較高，但其切削加工性較差，存在切削溫度高、刀具磨損嚴重等系列問題，因此，鈦合金的加工成本一般較其原材料成本高很多，也由此在一定程度上限制了其推廣使用。在鈦合金高速切削過程中，切削熱和切削力是影響提高鈦合金切削速度主要原因。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小 符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。首先是根據(jù)鈦合金高速切削特點建立幾何模型和材料模型，本文選用國內(nèi)鈦合金加工常用刀具材料硬質(zhì)合金 Carbide(Cobalt15%)和Ti6Al4V 工件材料。 高速切削加工技術(shù)是國際上先進制造業(yè)的發(fā)展趨勢，展開對鈦合金等難加工材 料的高速切削研究，設(shè)法解決鈦合金高速切削加工難題，對各行各業(yè)的飛速發(fā)展必定起到積極的作用。 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 2 在 253℃ 還能保持良好的塑性。 鈦的化學(xué)活性大，與大氣中的 O、 N、 H 等產(chǎn)生強烈的化學(xué)反應(yīng)。鈦合金有如下切削特點： (1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點，變形系數(shù)小于或接近于 1。 (4)冷硬現(xiàn)象嚴重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。 20xx 年，沈中等研究了平均切削厚度下鈦合金 TC4 的銑削機理，指出在保持合適的平均切削厚度不變的前提下選擇其它切削參數(shù)，可以提高刀具耐用度和改善加工表面 質(zhì)量。典型的 DEFORM3D 應(yīng)用包括鍛造、切削、擠壓、軋制、彎曲和其它成形加工手段。 DEFORM 是針對金屬成形分析專用的有限元軟件，是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元仿真 (FEM)軟件，在一個集成環(huán)境中，綜合了建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進行模擬仿真分析。系統(tǒng)集成了在任何必要時能夠自行觸發(fā)的自動網(wǎng)格重劃生成器，能生成優(yōu)化的網(wǎng)格模型。該軟件的開發(fā)者獨立出來成立了 SFTC 公司，并推出了 DEFORM 軟件。 前處理中自動生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準備快速可靠；不需要人工干預(yù)，全自 動網(wǎng)格劃分；具有 FLOWNET 和點跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力一行程曲線圖等后處理功能；具有 2D 切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。數(shù)據(jù)交換接口為用戶提供與其它圖形系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和幾何信息的交流途徑，目前 DEFORM3D 軟件不具備實體造型能力，但它提供一些通用的 CAD軟件數(shù)據(jù)接口，如 IGES、 STL、 UNV 接口進行轉(zhuǎn)換。在主窗口界面右側(cè)點擊前處理 Pre Processor 中的 Machjning 選項，即可進入切削前處理界面。 基于 DEFORM3D 切削模 型的建立 有限元模型的建立就是將被研究對象的幾何外形、材料特性和研究對象內(nèi)部以 及周圍環(huán)境之問的相互作用有機結(jié)合的過程。也可進入前處理進 行更詳細的設(shè)置，如網(wǎng)格密度框。 （ 6）最后，統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制變化規(guī)律表等， 圖 21 切削加工前處理界面 分析相關(guān)原因。工件和刀具材料性能參數(shù)如表 25 所示在本研究中未采用本構(gòu)關(guān)系表達方程來描述應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率之間的關(guān)系，而是采用 DEFORM3D 材料庫中所提供的數(shù)據(jù)，其優(yōu)點在于數(shù)據(jù)可靠。然而，一般來講網(wǎng)格密度增大計算求解所需要的時間也就延長。到目前為止，在有限 元模擬中已經(jīng)提出各種切屑分離標準，這些準則可以分為兩種類型：幾何準則和物 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 11 理準則。 Archard 模型通常適用于不連續(xù)加工，如冷 (熱 )鍛等。 Kitagawa 在 1989 年對 Usui公式進行常數(shù)修正后，發(fā)現(xiàn)該特征公式也適用于描述后刀面的磨損情況。在生產(chǎn)中，切削力是計算切削功率， 制定切削用量，監(jiān)控切削狀態(tài)，設(shè)計和使用機床、刀具、夾具的必要依據(jù)。這是由于當(dāng)?shù)毒唛_始切入工件時，工件與刀具接觸部分單元受到刀具前刀面的擠壓而發(fā)生變形，隨著變形程度的增大，主切削力隨著變形抗力增大也相應(yīng)增大，并達到一個較大的值；當(dāng)某些單元的變形達到所設(shè)定的材料變形極限時，單元失效，切削力相應(yīng)的減小；在切削開始的各個瞬間，失效的單元數(shù)目和位置都具有很大的不確定性，于是產(chǎn)生了切削力數(shù)值的上下波動；進入平穩(wěn)階段后，切削力在宏觀上和微觀上都呈現(xiàn)出規(guī)律性的波動，這是由于在切削平穩(wěn)之后，工件有規(guī)律發(fā)生單元失效，在各個瞬時失效的單元數(shù)目及其相對位置都是固 定的，此時主切削力的大小穩(wěn)定在一個數(shù)值。 圖 37 刀具的切削溫度分布 圖 38 工件的切削溫度分布 從圖 37 可見，刀具的最高切削溫度集中在切削刃附近的局部變形區(qū)域，這是因為該區(qū)域為塑性變形和刀一屑摩擦比較集中的地方。這是因為進給量增大使單位時間內(nèi)的金屬切除量增多，消耗的切削功和由此轉(zhuǎn)化成的熱量也將增加，使切削溫度上升。 （ 2）詳細介紹了 DEFOERM 軟件的應(yīng)用及特點。 (2)作者在刀具的磨損的分析中，各影響因素對刀具磨損的影響沒有進行深入的 研究，刀具壽命也未能研究，可以對其單獨分析。沒有他們，是不可能這么順利的完成論文的，在此也非常感謝他們的熱心幫助！ 感謝各位教授、導(dǎo)師對論文的評閱和批評指正 ! 作者于煙 臺大學(xué) 20xx 年 5月 30 日 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 22 參考文獻 [1] 遇立基 .高速和超高速加工 .機械工人 (冷加工 )， 1999， 1： 4— 5 [2] 張伯霖．高速切削技術(shù)及應(yīng)用．機械工業(yè)出版社， 20xx [3] 李川平． Ti6Al4V鈦合金動態(tài)本構(gòu)模型與高速切削有限元模擬研究，蘭州理工大學(xué)學(xué)位論文， [4] 王貴成，王樹林，董廣強．高速加工工具系統(tǒng)．國防工業(yè)出版社， 20xx [5] 張喜燕趙永慶白晨光，鈦合金及應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社， 20xx． 4 [6] 《有色金屬及其熱處理》編寫組，有色金屬及其熱處理，國防工業(yè)出版社， 1981 [7] 陶春虎等著，航空用鈦合金零件的失效及其預(yù)防，國防工業(yè)出版社， 20xx． 9 [8] 中國航空材料手冊編輯委員會編，中國航空材料手冊，中國標準出版社， 20xx． 8 [9] 韓容第，難加工材料切削加工，機械工業(yè)出版社， l996 [10] 楊冠軍，鈦合金研究和加工技術(shù)的新進展，鈦工業(yè)進展， 20xx，： 15 [11] T． H．洛拉得澤著，艾興等譯．切削刀具的強 度和耐磨性．機械工業(yè)出版社 .1 998 [12] 艾興等．高速切削加工技術(shù)．國防工業(yè)出版社， 20xx [13] 王貴成，王樹林，董廣強．高速加工工具系統(tǒng)．國防工業(yè)出版社， 20xx [14] 徐進．高速車削條件下切削機理研究 ,華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文 ,華南理工大學(xué) ,20xx [15] 李亮．鈦合金高速銑削機理及其工藝研究 ,南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文 ,南京航空航天大學(xué)， 20xx [16] 林新波，翟福寶，張質(zhì)良．金屬材料流動應(yīng)力模型對有限元仿真結(jié)果的影響．模具技術(shù)，20xx， (3)： 16 [17] 魯世紅，何 寧． TC4鈦合金動態(tài)本構(gòu)模型與高速切削有限元模擬．兵器材料科學(xué)與工程， 20xx，32(1)： 5 [18] 周計明，齊樂華，陳國定．熱成形中金屬本構(gòu)關(guān)系建模方法綜述．機械科學(xué)與技術(shù)， 20xx，3:16 [19] 王進，陳軍，趙震等．非調(diào)質(zhì)鋼 F40MnV高溫流動應(yīng)力模型研究．塑性工程學(xué)報， 20xx， 12：5457 [20] 趙培峰，任廣升，徐春國等． 6061鋁合金材料常數(shù)的研究．塑性工程學(xué)報， 20xx， 13(4)：7981 [21] 胡時勝，霍普金．森壓桿技術(shù)．兵器材料科學(xué)與工程， 1991， 11:4047 [22] 陳剛，陳忠富，陶俊林等． TC4動態(tài)力學(xué)性能研究．實驗力學(xué)， 20xx， 20(4)： 605609 [23] 方軍等 Ti6A12ZrlM01V合金的雙曲正弦本構(gòu)關(guān)系．特種鑄造及有色合金， 20xx， 9(1)： 8283 [24] 葉慶凱，王肇明．優(yōu)化與最優(yōu)控制中的計算方法．科學(xué)技術(shù)出版， 1986 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 23 [25] 石亦平，周玉蓉． ABAQUS有限元分析實例詳解．機械工業(yè)出版社， 20xx [26] 莊茁，張帆，岑松． ABAQUS非線性有限元分析與實例．科學(xué)技術(shù)出版社， 20xx [27] 李傳民，王向麗，閆華軍等 ， 金屬成型有限元分析實例指導(dǎo)教程，機械工業(yè)出版社， [28] Zhou Lian et a1． Titanium’95 Proceedings of the 8th World Conference[C]． UK： Bimingha／ i1，1 995： 60 [29]Heng Qing Ye． Materials Science and Engineering[J]， 1 999， A263： 289 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 24 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 25