金屬切削過程有限元模擬開題報(bào)告-在線瀏覽
2025-03-10 18:57本頁面
【正文】 月15日題 目金屬切削過程的有限元模擬一、 選題的目的及研究意義 金屬切削過程是機(jī)械制造業(yè)中最重要的過程之一，它在機(jī)械制造工業(yè)中占據(jù)著重要的地位，并對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。金屬切削加工的實(shí)質(zhì)就是刀具和工件的相互作用用刀具切除工件上多余的金屬層，從而獲得形狀、精度及表面質(zhì)量都符合要求的工件的過程。實(shí)際上，切削過程是一個(gè)很復(fù)雜的過程，它涉及到彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)還有熱力學(xué)、摩擦學(xué)等諸多學(xué)科。為了研究金屬切削的機(jī)理，使切削參數(shù)的選取、刀具的設(shè)計(jì)更加合理，學(xué)者們已經(jīng)做了大量的研究工作,先后建立了許多簡(jiǎn)化的力學(xué)模型，其中比較著名的有Merchant切削模型和Oxley切削模型，對(duì)切削機(jī)理的研究起到了積極的推動(dòng)作用。隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，有限元（FEM）已經(jīng)成為金屬切削過程仿真的有效工具，實(shí)踐證明，采用有限元來數(shù)值模擬解決工程實(shí)際問題能夠達(dá)到所需的精度具有很高的可靠性。利用有限元仿真技術(shù)研究金屬切削加工過程以及各種參數(shù)之間的關(guān)系成為可能。有限元所提供的分析方法，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中工藝參數(shù)的優(yōu)化，切削質(zhì)量的控制，刀具設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，同時(shí)對(duì)于提高金屬切削效率并改善加工表面質(zhì)量，優(yōu)化加工工藝具有重要意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元法現(xiàn)已成為金屬切削過程模擬的主要工具，與其他傳統(tǒng)方法相比，它大大提高了金屬切削仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。而金屬切削過程的有限元分析主要是建模，在金屬切削過程的建模方法中，有限元法代表著最新的趨勢(shì)。金屬切削數(shù)值模擬的首要任務(wù)就是切削模型的建立。這一模型是一個(gè)比較理想化的模型。但是，它為以后切削模型的建立奠定了良好的基礎(chǔ)。此后，大量學(xué)者開始將切削過程中的摩擦、高速應(yīng)變率、加工硬化和切削溫度對(duì)工件和加工精度的影響考慮到切削的模型中去，這使得對(duì)金屬切削仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)更加接近，增加了人們對(duì)金屬切削機(jī)理的認(rèn)識(shí)。有限元方法最早被應(yīng)用在切削加工的模擬是在70年代，1973年，并用三維有限元模型分析了切屑形成的初始階段。1982年，Usui和Shirakashi為了建立穩(wěn)態(tài)的正交切削模型，第一次提出了刀面角、切屑幾何形狀和流線等概念，預(yù)測(cè)了應(yīng)力應(yīng)變和溫度等參數(shù)；1984年，Iwata利用等塑性有限元方法分析了在低切削速度、低應(yīng)變速率下的穩(wěn)態(tài)切削。1985年，StrenKowski和Carrol建立了一個(gè)較新的有限元模型，此模型包括一個(gè)基于有效塑性應(yīng)變的切屑分離準(zhǔn)則，一些以前被忽略的參數(shù)被考慮進(jìn)有限元模型，如構(gòu)件、刀具被考慮為彈塑性材料，刀具與切屑之間的摩擦等。1993年，Toshimichi Moriwaki等用鋼塑性有限元模型模擬了紅銅材料切屑形成，他們還模擬了切削深度在毫米到納米范圍內(nèi)紅銅材料正交切削過程中的溫度場(chǎng)。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)行切削時(shí)，這些連續(xù)的單元會(huì)依次分離從而形成切屑和工件的加工表面。其中工件材料考慮了彈性、粘塑性、溫度、大應(yīng)變和高應(yīng)變效率，同時(shí)引入不平衡力的遞減方法來改善切屑形成時(shí)單元分離過程中的穩(wěn)定性。1996年，Sasahara和Obikawa等利用彈塑性有限元法，忽略了溫度和應(yīng)變速率的效果，模擬了低速連續(xù)切削時(shí)被加工表面的的殘余應(yīng)力和應(yīng)變；ZoneChing Lin，YuungDer Yarng利用更新的拉格朗日方程及增量理論建立了三維彈塑性有限元模型，并研究了不同切削速度下切削中碳鋼時(shí)切削力及殘余應(yīng)力的
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