基于Deform的GCr15钢通电加热硬切削模拟仿真

摘要

随着现代工业技术的发展和产品零部件性能要求的提高，许多新型的难加工材料被研究者发现并生产了出来，因为新型的难加工材料具有较高的硬度，致使切削时较大的切削力，较高加工区域内温度的产生，这些问题导致了切削刀具的磨损情况加重，刀具使用寿命降低，且加工后的工件表面质量不高，切削效率低，因此采用新的切削加工方法，提出降低硬切削刀具磨损和提高工件质量的绿色制造新方法和理论，通过仿真实验揭示切削参数对切削过程的影响，确定通电加热切削的关键因素—切削电流，提出新的主切削力经验公式，有非常重要的学术价值和工程意义。
　　本文基于Deform研究了(通电加热切削条件下)刀具前角φ、切削速度V、进给量f、工件初始温度T等对主切削力、接触区温度、刀具磨损量的影响，确定了YT726切削GCr15的最佳电流以及主切削力的经验公式。剖析了通电加热切削降低工件切削难度的原理，通过对加热电阻的分析，对比已经存在的加热电阻模型，选择了一种较优的电阻模型作为本课题的加热电阻模型。除此外本课题还详细介绍了材料的本构模型、磨损模型、摩擦模型等相关理论知识，并根据实际情况选择了仿真所需的相关模型及参数。经过仿真试验研究，论文得出了如下主要结论：
　　（1）增大刀具前角、切削速度、工件初始温度，主切削力反而降低；增加进给量，主切削力也逐渐增加。主要原因是刀具前角增加工件切削层的塑性变形减弱，接触区的摩擦力降低；切削区温度的增加，降低了加工区的强度，主切削力降低。
　　（2）切削区温度随切削速度、进给量、工件初始温度的升高而升高，随刀具前角的增大而降低，最大的原因是刀具前角度数的增加，产生的切屑变形减弱，同时切削热减少，所以切削区的温度降低；随着切削速度的增加，导致切削过程中产生的热不能及时的随切屑带走，而且切削热来不及向刀具传递，因而切削温度升高。
　　（3）刀具磨损随刀具前角、切削速度、进给量的增加也逐渐加大，随工件初始温度升高而减少，最大原因是过高的温度导致强度较高的刀具材料中的钴元素流失，而工件材料中的铁、碳元素向刀具材料扩散，降低了刀具材料的强度，加剧刀具磨损情况。
　　（4）本文通过分析加热电流对主切削力、切削温度、刀具磨损量的影响，确定了YT726切削GCr15的最佳电流范围为110-130A。
　　（5）采用正交仿真实验，通过SPSS统计软件开展多元非线性回归分析，得到了YT726切削GCr15的主切削力经验公式。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文的选题背景和研究意义

1.2 加热切削技术研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

1.4 课题的来源

1.5 本章小结

2 通电加热切削相关理论知识

2.1 通电切削电接触机理

2.2 接触区的热效应

2.3 接触电阻的影响因素

2.4 电接触摩擦学

2.5 刀具磨损理论

2.6 本章小结

3 原有与新型通电加热切削的对比

3.1 原有通电加热切削的加热电阻模型

3.2 新型通电加热切削的加热电阻模型

3.3 本章小结

4 仿真软件Deform介绍

4.1 Deform整体框架介绍

4.2 建立切削模型

4.3 导入工件材料

4.4 本章小结

5 通电加热切削有限元仿真

5.1 刀具前角对切削过程的影响

5.2 切削速度对切削过程的影响

5.3 进给量对切削过程的影响

5.4 工件初始温度对切削过程的影响

5.5 最佳电流的确定

5.6 主切削力经验公式

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢