三维金属切削过程的有限元模拟

论文摘要

在金属切削加工中,对切削过程的研究有着重要的意义。已有的研究表明,数值方法是研究切削加工过程的一种有效手段。为此,本文采用三维热力耦合有限元模拟技术,对金属切削过程进行了系统的研究。本文首先系统分析了金属切削过程的有限元建模理论,建立了金属切削三维热力耦合刚粘塑性有限元模型,确定了材料模型、切屑分离准则、网格划分、接触摩擦模型、磨损模型和边界条件等。基于DEFORM-3D软件平台,成功地模拟了金属切削加工过程。揭示了等效应变、温度场、刀具磨损的分布规律。模拟结果表明该模型是可靠的。研究揭示了主要工艺参数对切屑变形、切削力、切削温度、刀具磨损的影响规律。通过与理论分析的比较,验证了数值模拟的可行性,为工艺参数优化、切削质量控制及刀具设计提供了依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 DEFORM-3D有限元软件概述
• 2.1 DEFROM-3D软件简介
• 2.1.1 DEFORM-3D的特点
• 2.1.2 DEFORM的理论基础
• 2.2 DEFORM-3D软件的主界面及模块结构
• 2.2.1 DEFORM-3D的主界面
• 2.2.2 DEFORM-3D的模块结构
• 2.3 DEFORM-3D有关功能模块在本课题研究中的应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 金属切削过程仿真的有限元基础理论
• 3.1 有限单元分析方法概述
• 3.2 金属塑性成形有限元概述
• 3.2.1 弹（粘）塑性有限元法
• 3.2.2 刚（粘）塑性有限元法
• 3.3 刚-粘塑性有限元法的基本假设、基本方程与基本原理
• 3.3.1 刚-粘塑性有限元法的基本假设
• 3.3.2 刚-粘塑性材料流动的基本方程
• 3.3.3 Markov变分原理
• 3.3.4 基于罚函数法的刚-粘塑性有限元求解列式
• 3.4 三维塑性成形过程中的传热问题的基本理论
• 3.4.1 三维瞬态传热问题的基本方程
• 3.4.2 初始条件和边界条件
• 3.4.3 传热问题的变分原理
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于DEFORM-3D的切削模型的建立
• 4.1 几何及材料模型的建立
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 材料模型的建立
• 4.2 网格划分及动态自适应网格重划
• 4.3 刀屑分离准则
• 4.4 摩擦模型的建立及接触问题的处理
• 4.4.1 摩擦模型的建立
• 4.4.2 接触问题的处理
• 4.5 刀具磨损模型
• 4.6 热力耦合分析技术及传热边界条件
• 4.7 本章小结
• 第五章 切削模型计算结果及分析
• 5.1 切削过程的模拟结果
• 5.1.1 切屑的形成过程
• 5.1.2 切削力的提取
• 5.1.3 切削应力分布
• 5.1.4 切削应变的分布
• 5.1.5 切削温度场的分布
• 5.1.6 刀面的磨损分布
• 5.2 切削参数对主切削力的影响
• 5.2.1 切削速度对主切削力的影响
• 5.2.2 进给量对主切削力的影响
• 5.2.3 切削深度对主切削力的影响
• 5.3 切削参数对切削温度的影响
• 5.3.1 切削速度对切削温度的影响
• 5.3.2 进给量对切削温度的影响
• 5.3.3 切削深度对切削温度的影响
• 5.4 切削参数对刀具磨损的影响
• 5.4.1 切削参数对前刀面磨损的影响
• 5.4.2 切削参数对后刀面磨损量的影响
• 5.5 刀-屑摩擦系数对仿真结果的影响
• 5.5.1 对主切削力、切削温度及前刀面磨损的影响
• 5.5.2 对切屑变形的影响
• 5.5.3 对剪切角的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表论文和参加科研情况