金属切削加工有限元仿真及薄壁件变形预测研究

摘要

金属切削加工过程是一个伴随高应变、高应变率和瞬间高温的切削变形过程，是一个复杂的热、力及其耦合作用过程。过去，人们对金属切削过程的研究主要是利用非常昂贵和耗时的试验方法，对此，随着计算机技术的迅猛发展，切削加工有限元建模与仿真技术成为主要工具。
　　切削加工仿真将有限元法有限元法和切削技术结合在一起，通过数值仿真可以研究切削加工过程中的切削力、应变、应变率、切屑、刀具温度等基本物理现象。本文基于国内外金属切削加工研究现状，采用金属切削基本理论、有限元数值模拟技术及铣削实验三者相结合的方法，从二维正交切削、三维斜角切削机理和薄壁件铣削数值模拟关键技术入手，采用热-力耦合有限元模型，对金属切削加工过程进行研究。
　　1.建立了航空铝合金7050-T7451带状切屑二维切削有限元模型，并分析应力、应变、切削力和温度的分布规律；为了研究钛合金锯齿状切屑形成机理，建立了钛合金TI-6Al-4V二维切削有限元模型，对其切屑成形过程进行了有限元仿真，并对其切削力与文献已有的实验数据进行比对，结果比较一致。
　　2.针对铝合金7050-T7451铣削加工，首先建立了三维热力耦合斜角切削加工有限元模型来模拟铣削过程，得到了切屑的形成过程及其形状，三维铣削力的变化，并对切削力进行试验验证，与仿真进行比对，验证了数值模拟的正确性。随后建立了整体硬质合金铣刀铣削薄壁件的有限元模型，分析了工件铣削加工后残余应力，并对薄壁件加工变形进行了预测。
　　论文的研究结果表明，有限元方法是一种用于模拟切削过程的有效工具。金属切削有限元模拟能够对切削过程的各主要物理要素进行预测，研究的模拟结果也比较接近实际情况。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状及趋势

1.3 薄壁零件加工变形预测的研究现状

1.4 存在的问题及课题拟开展的工作

1.5 论文的结构

第二章 金属切削基本理论

2.1 金属切削变形理论

2.2切屑的形成过程及切削力和切削温度

2.3 本章小结

第三章 有限元仿真关键技术

3.1 引言

3.2 ABAQUS软件介绍

3.3 热力耦合有限元控制方程

3.4 切削热的传导

3.5 材料Johnson—Cook本构模型

3.6 材料失效分离准则

3.7 摩擦模型

3.8 局部网格的划分技术

3.9 本章小结

第四章 二维正交切削有限元仿真

4.1 引言

4.2 铝合金带状切屑有限元仿真

4.3 钛合金锯齿状切屑有限元仿真

4.4 本章小结

第五章 三维斜角切削有限元仿真技术

5.1 引言

5.2 有限元模型的建立

5.3仿真模拟与实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 薄壁件加工变形有限元模拟研究

6.1 引言

6.2 薄壁件加工变形分析

6.3 薄壁件加工变形有限元模型

6.4 数值模拟结果分析

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目

致谢

声明