【導(dǎo)讀】用難加工材料會浪費(fèi)大量的人力物力。本文分析難加工材料的加工特點(diǎn)，工藝要。，研究難加工材料切削過程中切屑形成、刀具和工件表面溫度分布、切削力，參數(shù)對難加工材料切削過程的影響，提出相應(yīng)的改善措施。損強(qiáng)度大，刀具耐用度低。加工硬化嚴(yán)懲親和力大、塑性和違。解決難加工材料的加工選徑是多方面的。為解決難加工金屬材料的加工，提供了有利條件。合理選擇，以提高刀具耐用度和加工質(zhì)量。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組。滿足條件，從而得到問題的解。似解，因?yàn)閷?shí)際問題被較簡單的問題所代替。有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。來求得圓的周長，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱。效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)

　　

【正文】 — 參考溫度 。 Tm — 熔點(diǎn)溫度；ε 0— 參考應(yīng)變率。 公式中等號右邊第一部分表示應(yīng)變 ? 對流動(dòng)應(yīng)力 ? 的影響，第二部分表示應(yīng)變速 率 ? 對 流動(dòng)應(yīng)力 ? 的影響，而最后一部分表示溫度 T 對流動(dòng)應(yīng)力 ? 的影響。 有限元模型的建立 金屬切削加工工藝具有高度非線性、彈塑性大變形、斷裂、劇烈摩擦以及刀具磨損等特點(diǎn)，這些現(xiàn)象之間相互影響，相互作用，要將所有條件都考慮在內(nèi)會使仿真過程中相關(guān)技術(shù)的處理具有較高的難度，因此在進(jìn)行有限元仿真時(shí)基于以下假設(shè)條件： （ 1）工件材料是各向同性的。 （ 2）忽略加工過程中由于溫度變化引起的金相組織及其它的化學(xué)變化 。 （ 3）工件相對于刀具運(yùn)動(dòng)。 （ 4）刀具為剛性材料，工件材料為彈塑性材料。 另外，由于在高速切削條件下，局部能量耗散產(chǎn)生的熱量因切削速度較高而沒有足夠的時(shí)間擴(kuò)散出去。因此，從傳熱學(xué)角度來看該過程可以被認(rèn)為是絕熱的，金屬切削加工所產(chǎn)生的熱主要集中在第一和第二變形區(qū)。 在工件內(nèi)部的溫度分布主要由以下三個(gè)因素決定的： 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 19 （ 1）工件的初始溫度 。 （ 2）工件的塑性變形以及工件與刀具的摩擦而耗散的機(jī)械功 。 （ 3）與外部環(huán)境進(jìn)行能量交換損失的能量。 在刀具內(nèi)部的溫度 分布主要由以下四個(gè)因素決定的： （ 1）刀具的初始溫度； （ 2）由于工件與刀具摩擦耗散機(jī)械功而引起的溫升； （ 3）由于來自工件的熱傳導(dǎo)而引起的溫升； （ 4）由于對流和熱輻射引起的溫度降低。 圖 35 正交切削仿真模型 圖 36 二維切削有限元幾何模型的建立 設(shè)定工件和刀具的初始溫度為室溫，即 200C。工件長為 3mm，高度為 1mm。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 20 在切削模擬時(shí)，將刀具在 X 方向和 Y 方向上固定，設(shè)定工件沿 X 正方向以切削速度相對于刀具運(yùn)動(dòng)，而 Y 方向固定。刀具從初始位置開始切入工件，隨著刀具的切入，不斷形成切屑。切削參數(shù) 見表 31，在不同切削速度條件下，前角為；在不同進(jìn)給量條件下 ,切削速度為 120m/min。 表 31 切削參數(shù)表 切削速度 (m/min) 120,180,240 刀具前角 (0) 刀具后角 (0) 工件材料 AISI1006,COLD[70F(20C)] 進(jìn)給量（ mm） , 刀具材料 WC 硬質(zhì)合金 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 21 第四章 .難加工材料的正交切削有限元模擬結(jié)果分析 切削速度對切削過程的影響 通過 DEFORM2D 軟件可獲得在相同進(jìn)給量的條件下 的切削速度，如圖 41所示： （ a）切削速度 v=120m/min 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 22 （ b）切削速度 v=180m/min （ c）切削速度 v=240m/min 通過數(shù)值模擬，獲得了切削力的變化圖，它的變化規(guī)律為：在不同速度相同進(jìn)給量條件下， 隨著切削速度的增加， 切削力變化不明顯，這主要是由于切削速度的提高，使材料發(fā)生了熱軟化。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 23 進(jìn)給量對切削過程的影響 在相同切削速度的條件下，不同的進(jìn)給量對主切削力的影響如圖 42 所示。 (a)進(jìn)給量 (b)進(jìn)給量 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 24 (c)進(jìn)給量 通 過數(shù)值模擬，獲得了切削力的變化圖，其變化規(guī)律為：在相同速度不同進(jìn)給量條件下，隨著進(jìn)給量的增加， 切削力增加 。 換熱系數(shù)對切削過程的影響 切削過程中都涉及到切削熱，準(zhǔn)確測量正交切削過程的切削溫度是相當(dāng)困難的，而有限元模擬可以得到切削過程中任意時(shí)刻的溫度分布。在相同進(jìn)給量和切速度的條件下，得到不同換熱系數(shù)時(shí)的主切削力的變化曲線。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 25 (a)換熱系數(shù)為 20 (b)換熱系數(shù)為 100 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 26 (c)換熱系數(shù)為 200 通過數(shù)值模擬，獲得了切削溫度的曲線圖，其變化規(guī)律為：在相同速度條下，隨著換熱系數(shù)的增加，切削溫度變化不大 。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 27 第五章 .結(jié)論與展望 結(jié)論 本文研究內(nèi)容主要是借助有限元建模分析、數(shù)值計(jì)算以及模擬仿真等手段，利用通用的有限元軟件 DEFORM2D對 45鋼高速切削進(jìn)行有限元模擬。本文圍繞 45鋼高速切削加工過程的建模與仿真，得到了如下一些結(jié)果 : ，獲得了切削力的變化圖，它的變化規(guī)律為：在不同速度相同進(jìn)給量條件下， 隨著切削速度的增加， 切削力變化不明顯，這主要是由于切削速度的提高，使材料發(fā)生了熱軟化。 ，獲得了切削力的變化圖，其變化規(guī)律為：在相同速度不同進(jìn)給量條件下，隨 著進(jìn)給量的增加， 切削力增加 。 ，獲得了切削溫度的曲線圖，其變化規(guī)律為：在相同速度條件下，隨著換熱系數(shù)的增加，切削溫度變化不大。 有限元模擬技術(shù)己經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域了，特別是在國外，對有限元模擬技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的研究己經(jīng)達(dá)到了成熟階段。隨著有限元模擬技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬切削工藝是制造業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，在生產(chǎn)率和加工精度方面對切削工藝提出了更高的要求。有限元模擬是解決這種問題的主要手段，在虛擬制造中，基于彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、熱力學(xué)、摩擦學(xué)和材料學(xué)的切削過程數(shù)值模擬將是一種強(qiáng)有力 的工具。通過本文的研究，基本實(shí)現(xiàn)了難加工材料的虛擬化，為切削參數(shù)的選擇以及加工質(zhì)量的提高提供了一定的理論依據(jù)。但是，由于切削加工過程的復(fù)雜性，要真正實(shí)現(xiàn)切削有限元模擬與生產(chǎn)實(shí)踐的緊密聯(lián)系，尚有諸多問題需要進(jìn)行深入研究。在本文基礎(chǔ)上，進(jìn)行以下幾方面的研究是極有意義的 : 1)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：由于切削加工的數(shù)值模型是從實(shí)際問題抽象出來的，而模型一般都是建立在對實(shí)際問題進(jìn)行了假設(shè)和簡化基礎(chǔ)上的，因此在對實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)人員的要求都十分的嚴(yán)格，非常有必要在這方面加大人力和物力的投入，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研 究工作的開展。 2)刀具磨損、破損研究：借助于斷裂力學(xué)理論進(jìn)行刀具磨損、破損研究分析。 3）三維有限元數(shù)值模擬：為了更全面的揭示高速切削機(jī)理，對切削加工進(jìn) 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 28 行三維模擬是很有必要的。限于研究時(shí)間和分析軟件，本文僅在二維正交模擬上做了研究，實(shí)際生產(chǎn)中，幾乎沒有二維的情況，而且刀具和工件不總是正交的，所以，在本文的基礎(chǔ)上，進(jìn)行切削過程的三維有限元模擬是一個(gè)很好的研究方向。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 29 參考文獻(xiàn) [1] 付榮利 張俊華 . 難加工材料的切削加工特點(diǎn)和工藝要求 . 江西機(jī)械 2020年第 5期： 9 [2] 方剛，曾攀，金屬正交切削工藝的有限元模擬，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)， [3] 王璋齊，安利強(qiáng) .溫度場分析的自適應(yīng)有限元方法 .熱能動(dòng)力工程， 2020,17(1). pp. 9294. [4] E. Ceretti, M. lucchi, T. Altar. FEM simulation of orthogonal cutting: serrated chip formation. Journal of Materials Processing Technology, 1999, pp. 1726. [5] . Ng, . Aspinwall. Modeling of temperature and forces when orthogonally machining hardened steel. International Journal of Machine Toolsamp。Manufacture,1999, 39(6). pp. 885903 [6] JOHNSON G R, COOKW H. A ConstitutiveModel and Data forMetals Subjected to Large Strain Rates and High Temperatures[C ]. Proc. 7 th Intl Symp. On Ballistics, the Nether landspp, 1983: 541 547.