金属纤维切削加工的三维有限元模拟

摘要

目前,在金属切削纤维加工领域已经可以用切削法高效地加工出表面粗糙、具有较高强度和良好的韧性(延伸率在2﹪)的微细金属纤维.为了使这一方法具有更为广泛的工程实际意义和对刀具设计具有指导意义,该文把多齿大刃倾角斜角切削纤维的切削过程转化为单齿大刃倾角斜角切削过程,通过数值模拟技术,在大型有限元软件DEFORM<'TM>的平台上,动态模拟出金属纤维的切削加工全过程.该论文首先对纤维用途及其切削制造法进行了简单的介绍,介绍了软件系统的特点和有关的模块,同时简要介绍了有限元法的基本步骤.在此基础上,采用先进的数值分析方法——有限元法,根据金属纤维切削过程的具体特点,在用切削变形理论和塑性变形理论对金属纤维切削过程进行了初步的分析之后,就如何应用有限元法来实现对切削变形和其中的一些塑性问题的仿真和解算进行研究.在总结前人对切削机理的分析和Oxley切削模型的基础上,采用三维四结点四面体单元对大刃倾角斜角切削过程进行了数值模拟.在这里,我们介绍了金属纤维切削过程的分析方法,建立了金属纤维的切削模型.对切削的传热边界条件和摩擦状态等各种边界条件进行了分析和设定,对工件的分离准则进行了探讨并对其进行了计算机模拟,虽然在建立模型方面作了一些简化,但通过模拟,还是得出了符合实际切削过程的较好的结果.论文为了研究不同刃角倾角斜角切削条件对纤维切削加工过程的影响,在不改变刀具前角的前提下,分别对不同刃倾角的切削过程进行了有限元模拟和计算分析.给出了在不同刃倾角情况下的切屑变形、流屑角、切削力、温度分布等的计算结果,并对计算结果进行了分析.这些计算结果不仅验证了以前的一些实验结果,而且还得到了一些可供工程参考的结论.最后总结了该文主要的研究结果和结论,对纤维加工刀具在实际生产应用问题进行了讨论,并对课题以后进一步的工作作了展望.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1金属纤维用途及其切削制造法国内外研究现状

1.1.1金属纤维的用途

1.1.2切削法制造金属纤维的国内外研究现状

1.2有限元技术在金属纤维切削研究中的应用

1.2.1有限元技术简介

1.2.2有限元技术在金属纤维切削领域的应用和进展

1.3本学位论文研究的目的、意义及其主要内容

第二章大刃倾角斜角切削在金属纤维制造中的应用

概述

2.1大刃倾角刀具切削机理

2.2大刃倾角斜角切削在金属纤维中应用

2.3大刃倾角车削纤维的工件材料

2.4本章小结

第三章金属纤维大刃倾角斜角切削模型的建立

概述

3.1 DEFORM-3D简介

3.2金属纤维大刃倾角斜角切削几何模型的建立

3.3定义材料流动应力

3.4网格划分策略

3.5切屑与刀具的接触和摩擦的设置

3.6切屑分离准则

1)物理准则

2)几何准则

3.7传热边界条件的确定

3.8速度边界条件的确定

3.9其它控制条件设定

3.10本章小结

第四章金属纤维切削模型计算及结果分析

4.1切削过程的模拟结果

4.2大刃倾角斜角车削对纤维变形的影响

4.2.1刃倾角与法向剪切角之间的关系

4.2.2刃倾角与剪应变之间的关系

4.3大刃倾角斜角车削中流屑角的研究

4.3.1切削速度对流屑角的影响

4.3.2切削厚度对流屑角的影响

4.3.3刃倾角对流屑角的影响

4.4大刃倾角斜角切削中切削力的研究

4.5大刃倾角斜角切削中应力应变分布的研究

4.5.1应力分布

4.5.2应变分布

4.6大刃倾角斜角切削中温度分布的探讨

4.7本章小结

结论及展望

本文的成果

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢