基于有限元的断续切削冲击特性分析+CAD图纸+答辩PPT

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摘要通过建立断续切削有限元模型，利用计算机软件DEFORM-2D来模拟分断续切削。由于刀具在切入和切出过程中,会产生机械冲击和热冲击，对刀具的寿命有影响；当切削速度过高时，断续切削过程中的热载荷冲击会引起刀具的热疲劳破坏。本文利用Ti6Al4V、45#钢、AISI-D2、INCONEL-718四种材料、不同的切削速度下的断续切削。根据切削过程中切削力、剪切角、刀具应力和切削温度的变化，对断续切削机械冲击特性和热冲击特性进行分析。在研究的范围内，得出机械冲击特性总体的变化趋势平缓，温度冲击特性变化呈上升趋势。49499

毕业论文关键词：断续切削，有限元，DEFORM-2D，冲击特性

Abstract Through the establishment of interrupted cutting finite element model, the use of computer software DEFORM-2D to simulate the sub-interrupted cutting. Cut in the process of cutting tool and cut out damaged affect the tool life when cutting speed is too high, intermittent cutting process in the thermal load impact will cause thermal fatigue failure of the tool. In this paper, of Ti6Al4V, 45 # steel, AISI-D2, INCONEL-718 four materials under different cutting speed intermittent cutting. Changes in the cutting process, cutting forces, shear angle, tool stresses and cutting temperatures, intermittent cutting characteristics of the mechanical impact and thermal shock properties.

Keywords: finite element, DEFORM-2D intermittent cutting， Impact properties

摘要-I

Abstract-II

第1章.绪论-1

1.1 断续切削的特点-1

1.2 国内外断续切削实验研究现状-1

1.3 有限元模拟技术的发展2

1.4 论文研究的目的及内容3

第2章．断续切削有限元模拟的关键技术4

2.1材料本构模型-4

2.2 刀具与切屑界面摩擦的模型5

2.3 网格重划分-6

第3章．断续切削有限元模型建立8

3.1几何模型的建立8

3.2 自适应网格划分-9

3.3 性能参数9

3.4 边界条件的确定-9

第4章．断续切削有限元模拟结果分析-11

4.1 切屑形成分析-11

4.2 切削力模拟分析12

4.3 同种速度下切削力模拟分析-12

4.4 不同切削速度下切削力模拟分析-16

4.4.1 45#钢在不同速度下的切削力的变化16

4.4.2 Ti6Al4V在不同速度下的切削力的变化18

4.4.3 INCONEL-718在不同速度下的切削力的变化-20

4.4.4 AISI-D2在不同速度下的切削力的变化22

4.5温度模拟分析-24

4.5.1同种速度下温度的分析24

4.5.2不同速度下温度的分析25

4.6 应力分析-27

第5章．结论与展望29

5.1 结论-29

5.2 展望-29

致谢31

参考文献32

第一章绪论

1.1 断续切削的特点

断续切削是在切削过程中，切削刃间断地与工件接触的切削。断续切削时，刀具的切入与切出产生的机械冲击和热冲击对刀具的寿命有影响。在断续切削加工中，破损成为刀具失效的主要原因，因此对断续切削的冲击特性分析展开了研究。

1.2断续切削国内外实验研究现状

1.3 有限元模拟技术的发展

有限元方法最早被应用在切削工艺的模拟是在70年代,与其它传统方法相比,它大大提高了分析的精度论文网,1973年美国大学最先系统地研究了金属切削加工中形成的原理,1980年美国的州立大学的M.R.Laczok在其博士学位论文中应用有限元方法研究切削加工中的主要问题,初步分析了切削工艺。但是没有考虑弹性变形, 所以没有计算出残余应力。又有两个人将工件材料假定为弹塑性,在工件和切屑之间采用绝热模型,模拟了从切削开始到切屑稳定成形的过程他们采用等效塑性应变作为切屑分离的准则,在模拟中,等效塑性应变值的选择影响了加工表面的应力分布,模拟了切屑形状,用有限元模型研究正交切削,忽略了弹性变形,预测了工件和刀具以及切屑中的温度分布。Usui等人首次将低碳钢流动应力设为应变、应变速率和温度的函数,他们用有限元方法模拟了连续切削中产生的积屑瘤,而且在刀具和切屑接触面上采用库仑摩擦模型,利用正应力、摩擦应力和摩擦系数之间的关系模拟了切削工艺而等用弹塑性材料的本构关系和临界等效塑性应变准则模拟了切削工艺,主要模拟了切屑的连续和不连续成形现象。近几年来,国际上对金属切削工艺的有限元模拟更加深入，日本人利用弹塑性有限元方法,忽略了温度和应变速率的效果,模拟了低速连续切削时被加工表面的残余应力和应变。美国州立大学净成形制造，工程研究中心的教授T.Altan, 在国际上金属塑性加工界享有很高学术声誉,在金属塑性成形数值模拟方面做出了许多令人瞩目的成就,近年来他与意大利大学机械工程系的合作,对切削工艺进行了大量的有限元模拟研究。台湾科技大学的一些人对合金的正交超精密切削中切削深度和切削速度对残余应力的影响做了研究模拟前对单向拉伸实验数据进行回归分析, 得出材料的流动应力公式,考虑切削加工中的热力祸合效应,建立了热弹塑性有限元模型[3]。随着计算机仿真技术的发展，金属切削有限元模拟技术也获得了飞速发展。金属切削加工的有限元模拟全面考虑了工件材料、刀具材料及几何参数、切削加工参数、换热系数等多种因素，通过对切削加工过程的物理仿真，可得到工件温度场和切削力的分布状况。这些大多数是针对连续切削的仿真研究，通过对这些研究结果的分析，为我们进行断续切削做好铺垫。