基于ANSYS/LS-DYNA的切削过程有限元模拟

金属切削过程是一个非常复杂的弹塑性变形过程。本文运用有限元分析理论及弹性力学理论,充分考虑到材料的本构关系、切屑与材料的分离准则以及切屑与刀具间的接触与摩擦,运用数值仿真软件LS-DYNA(一款非线性显式动力学分析软件)对切削过程进行有限元分析。结果表明:切屑的形成过程是材料受到刀具挤压产生剪切滑移的过程;最大等效应力在切削起初迅速增大直至一定值附近波动,此时进入切削稳定状态;最大等效应力随着切削速度的增大而减小;切削厚度越大,最大等效应力越大。     

切削速度与切削深度对切削力影响的有限元模拟

本研究应用有限元分析软件ABAQUS建立了一套模拟铝合金正交切削过程的分析模型。本文实现了切屑成形过程的动态演示,以此更好地了解金属正交切削过程中切屑的形成机理。本文采用Johnson-Cook的本构模型来描述切削铝合金材料的行为。本文基于仿真实验结果,对金属切削过程中应力场、应变场的变化规律作了定性分析,给出了应力、应变等值线图,并观察了切削过程中各主要变形区位置。通过本次仿真实验．得出了在不同切屑速度、切削深度条件下刀具切削力的值。     

金属切削温度场数值模拟的若干问题研究

基于理论分析和实际有限元数值模拟计算中遇到的问题,研究、讨论了切屑分离标准、表面接触、摩擦系数的设定、切屑与工件之间的连接以及热应力耦合分析等各项技术,并应用大型有限元分析软件ANSYS,具体分析了金属切削过程中应力和应变的变化、剪切面的形成以及温度场对金属切削的影响,并依此对刀具作强度分析,得到若干结论。     

剪切温度对车削加工GH4169镍基高温合金的影响

通过一系列GH4169镍基高温合金切削实验并制备其切屑金相,分析比较了理论计算及有限元仿真所得剪切温度值,探讨了剪切温度对其切屑形成的影响.结果表明:利用有限元仿真所得剪切温度值更接近实际值;当切削速度为250 m/min时,剪切温度值为880.8℃,此时材料的屈服强度降幅较大,材料内部组织发生变化而形成锯齿形切屑;当切削速度为30,65 m/min时,则没有形成锯齿形切屑.所研究的内容有利于优化GH4169的加工工艺.     

硬态车削轴承钢GCr15切屑形成机理分析

使用有限元仿真软件ABAQUS对硬态车削淬硬轴承钢GCr15（62HRC）的切削过程进行仿真,从切屑形态出发,结合切削力和切削温度等场量对切屑的形成过程进行分析.结果表明：在低速（60 m/min）切削时,没有形成明显的绝热剪切带而形成了连续切屑;在高速（181 m/min）切削时,形成了锯齿状切屑和绝热剪切带,且因绝热剪切区的热软化效应而使材料的承载能力下降,切削力发生波动;在高速切削时,工件与切屑自由表面处出现了微裂纹,并在一定程度上沿绝热剪切带而向刀尖方向扩展,使得锯齿更加明显,导致切削力“二次下降”并推迟了下一锯齿节块的形成;硬态车削淬硬轴承钢GCr15的绝热剪切是形成锯齿状切屑的前提,而周期性微裂纹的出现和扩展则是源于绝热剪切作用下材料发生的韧性断裂.     

Inconel718镍基高温合金铣削过程的数值模拟

在镍基高温合金Inconel 718的铣削过程中,切削参数对铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态等影响显著.为了提高工件加工表面质量和加工效率,通过有限元分析软件ABAQUS建立镍基高温合金Inconel 718三维铣削模型,进行Inconel 718镍基高温合金连续铣削仿真分析,重点研究了不同切削条件下切削温度、切削力和切屑形态变化规律.仿真结果表明:铣削温度总是随着主轴转速、每齿进给量和切削深度的增加而增加.切削力会随着主轴转速的增加呈现先增大然后逐渐变小的趋势.切削力随切削深度和每齿进给量的增加呈比例增加.主轴转速与进给速度及切削深度相比,主轴转速对锯齿形切屑形成的影响更为显著.     

基于FEM-SPH耦合方法的AISI4340钢超精密切削过程仿真

数值模拟是研究金属切削的重要手段,但有限元方法(FEM)由于依赖网格而存在一定的局限性,不适宜处理大变形问题.光滑粒子动力学(SPH)是一种无网格法,可以避免网格畸变,解决切削过程中材料大变形问题.结合两种方法的各自优点,建立了AISI4340钢金刚石超精密切削过程的FEM-SPH耦合模型,研究切削过程中材料的去除机理.仿真结果表明:随着切削过程的进行工件内部应力逐渐增大,当达到屈服极限时,工件材料沿前刀面塑性流动,形成切屑,刀尖钝圆的推挤起了决定性的作用;成形表面下存在较为严重的残余应力;切削热主要来源于切削过程中塑性功的转换且大部分被切屑带走;增大刀尖钝圆半径将会使切削力尤其是切削抗力显著增大.     

钛合金铣削加工切屑形成机理的仿真与实验

锯齿状切屑加剧刀具的磨损,降低零件表面质量。为研究锯齿状切屑的形成机理,通过ABAQUS仿真软件,建立钛合金TC4正交切削二维模型,由此仿真模型得到锯齿状切屑,与实验得到的锯齿状切屑形貌进行对比,验证了仿真切削模拟的可行性。通过仿真得到单个锯齿状切屑形成的过程,分析了锯齿状切屑的形成机理,研究了进给速度对锯齿状切屑形成过程的影响。该研究为钛合金的铣削加工提供了理论依据。     

金属切削过程有限元分析的国内外发展现状

近些年来,随着计算机硬件和软件技术的快速发展,有限元法(FEM)已经成为金属切削过程仿真的有效工具.本文着重介绍了金属切削过程有限元分析的国内外发展状况,系统地分析了二维金属切削过程、三维金属切削过程有限元分析中存在的若干问题.     

二维金属切削的热力耦合模型及数值模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性问题,还涉及到热力耦合问题.针对典型的正交切削工艺,采用大型商业有限元软件MSC.Marc,基于热弹塑性有限元方法并在一定假设的条件下建立了考虑金属正交切削热力耦合有限元模型.分析了切屑分离准则、自适应网格等切屑加工模拟的关键因素.对建立的模型进行了有限元分析,得到了切屑成形、温度分布、切削力变化等结果.     

35CrMo曲轴热成形材料模型的研究

本文通过对大型曲轴用钢３５ＣｒＭｏ 的热力模拟试验和数据处理,探讨了曲轴弯曲镦锻的热成形机制,研究了变形温度、应变速率等参量对３５ＣｒＭｏ 钢应力应变关系和再结晶特征的影响。建立了该类钢热成形的材料模型、给有限元数值模拟曲轴弯曲镦锻热成形过程提供了基本数据,也为大型曲轴热成形力能参数和温度制度的合理确定提供了科学依据。材料模型的确定,对于研究热成形实质,预报与控制工艺质量和产品质量乃至新工艺开发都有重要意义。     

复杂铝型材挤压成形有限体积仿真

根据型材挤压成形属于特大变形、热-力耦合、坯料头部存在变形死区等特点,采用欧拉描述有限体积法(FVM)模拟了3级复杂型材的挤压成形过程,避免了传统刚塑性有限元法无法模拟变形死区,拉格朗日描述有限变形弹塑性有限元法难以重划特大变形网格等难题．模拟过程中,采用欧拉描述FVM仿真坏料流动,采用拉格朗日描述有限元法仿真模具变形和应力,采用显式动态接触算法仿真坏料与模具之间的相互作用．确定了兼顾仿真精度和速度的有限体积网格的最小尺寸和单元最大数量,提高了计算效率;建立了6063-T5铝合金在不同变形温度下的系列热-本构-摩擦模型,获得了金属流动、力能、温度、密度变化分布．为工艺和模具参数优化提供了依据．     

模具弹性变形与工件成形耦合的实验及数值模拟

利用弹性及刚塑性有限元理论研究计算模具弹性变形的有限元方法,提出了较为通用有效的算法并开发出相应的计算模块.对H型截面锻件的成形进行了实验研究和数值模拟,结果吻合,证明了本研究中所提出的算法和程序的可靠性.     

板料变形中两种摩擦模型的比较

本文应用刚塑性有限元方法，分别采用修正的常剪应力摩擦模型和库仑摩擦模型，对板料在半球形冲头下的拉胀变形和在平底圆柱冲头下的拉延变形过程进行计算，并上述两种摩擦模型的作用机制以及它们板料塑成形过程的影响进行了研究。通过分析、比较与实验验证，表明库仑模型比常剪应力模型更为适合板料成形过程模拟的摩擦描述。     

多道次辊弯成形动力显式仿真的虚拟速度

为保证多道次辊弯成形仿真的计算精度并提高计算效率,研究了虚拟成形速度对计算精度和计算效率的影响．与现有文献的实验数据进行对比,通过系统能量分配原理给出确定合理虚拟成形速度的准则,并以实际生产中的10道次辊弯成形冷弯型钢的动态仿真算例验证了该准则的有效性．     

带孔环形薄板复合成形规律的研究

本文以文献[1]的理论分析结果为基础,根据最小阻力原理,对环形薄板在平底冲头作用下的变形趋向性,变形过程中的破裂以及各种变形方式下的极限成形高度等问题进行了理论探讨并作了实验研究,理论计算与实验结果比较吻合。     

塑性成形问题中一类表面缺陷的预测研究方法

基于刚粘塑性有限元基本理论，本文深入地研讨了通过有限元数值模拟来预测塑性成形问题中一类表面缺陷生成的方法。提出了塑性有限元中的技术处理方法与表面缺陷测试算法，并采用该方法成功地预测了ＣＯＮＦＯＲＭ连续挤压工艺中一种表面缺陷产生措施的全过程，给出一系列极限工艺参数，从而拓宽了刚粘塑性有限元的应用领域。     

汽车覆盖件板料毛坯形状的算法

结合板料成形过程的CAE技术,提出基于板料冲压成形FEM分析结果的毛坯形状反推算法。该算法结果具有较高的可信度,可以与含有各种自适应网格划分的有限元分析过程结合进行毛坯形状反算。     

钛合金铣削加工的切屑形态仿真及实验研究

为改善钛合金TC4可加工性、降低刀具磨损、提高工件表面质量,探寻刀具前角及切削速度的变化对切削力和切削温度的影响规律。通过改变刀具前角和切削速度,采用AdvantEdge FEM软件和单因素实验方法对钛合金TC4切屑的形成过程进行二维模拟,研究锯齿形切屑的形成机理。仿真与实验结果表明:随着刀具前角增大,切屑的锯齿化程度降低,切削力和切削温度呈下降趋势;随着切削速度的增大,切削力呈缓慢下降趋势,而切削温度呈明显上升趋势。该研究验证了仿真的可行性,为优化铣削钛合金TC4刀具几何参数及切削用量的合理选择提供了参考依据。     

Y型三辊轧制变形过程有限元模拟与实验

在弹塑性有限变形理论的基础上，应用大型通用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对 角 孔件的变形进行了模拟。该分析软件蜞于Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法的迭代过程，用一系列近似宵渐收敛于实际的非线性解。