基于有限元的金属切屑过程仿真研究

阐述了金属切削有限元仿真的优势和理论方法.基于大变形有限元理论,建立了金属切削的有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了切屑形成过程的仿真.通过仿真结果,可以比较直观看到应力,温度等在切屑形成过程中的分布和变化.     

金属切削过程的有限元建模

金属切削过程是一个非常复杂的弹塑性变形过程,文章采用有限元方法及弹塑性变形理论,对二维金属切削的变形过程进行有限元分析。首先选用矩形单元对刀具和工件弹性阶段进行有限元建模,得出其单元节点力和节点位移之间的关系,然后利用普朗特-路斯方程,推导工件材料塑性变形时单元节点力和节点位移之间的关系,并指出金属由弹性变形到塑性变形时其单元刚度矩阵变化的规律,从而为实现金属切削过程的数值模拟提供可靠的理论基础。     

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。     

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。     

干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验

建立了基于拉格朗日增量法的切削有限元模拟模型并分析了正交干切削6061-T6过程中切削力以及切削温度的变化.工件材料的流动应力看成是应力、应变以及温度的函数.模拟过程从刀具切入工件开始直到达到稳态.计算结果包括切屑形态,以及应变、应力、应变速度和温度的分布.同样条件下的多组切削试验用于验证有限元模型的正确性.     

振动切削中应力波传播的有限元分析

通过有限元分析验证了在振动切削时冲击载荷的作用极大的影响着切屑的形成,刀具与切屑的冲击作用使得切削加工区域的应力波不断产生并传播,正是应力波的反复作用使得切削区内的金属疲劳不断产生微裂纹和裂纹.从而表明了振动切削加工方法有利于微裂纹的萌生与扩展,并降低了刀-屑间的摩擦,使切削力降低,加工精度提高.     

轨道车辆切削式吸能过程仿真

利用金属切削过程吸收能量的原理, 在金属切削研究和轨道车辆吸能研究的交叉领域内,提出一种利用切屑生成过程进行吸能并用于轨道车辆被动安全的新型切削式吸能装置.根据非线性动态模拟理论,利用显式有限元软件ANSYS/LS-DYNA对该切削式吸能装置的吸能过程进行三维仿真,得到该装置在撞击过程中能量吸收和切削力的时程曲线.研究结果表明:与现有吸能装置相比,切削式吸能装置可以在更短的时间内吸收撞击能量,而且吸能能力更强;切削式吸能装置具有更强的降低撞击力峰值的能力,而且撞击力到达第1个峰值的时间也有所延迟.     

强化冷却下正交切削Ti6Al4V合金的有限元分析

为正确分析切削介质的强化冷却对金属切削过程的影响，应用通用商业有限元软件Deform-2D，对航空用钛合金Ti6Al4V进行了强化冷却条件下的正交切削有限元模拟．通过几何建模、网格划分、边界条件的设定以及材料本构模型的选取等，模拟了Ti6Al4V合金锯齿状切屑的形成过程；文中还分析和探讨了不同强化冷却条件下的切屑形成、切削力以及切削温度的变化．结果表明：随着换热系数的增大，刀具前刀面的平均温度逐渐减小，而换热系数的高低对切削力及前刀面最高切削温度的变化无显著影响．     

奥氏体不锈钢小孔钻削有限元

基于切削加工的热- 弹塑性有限元方程并在一定假设的条件下,建立了金属小孔钻削加工的热力耦合有限元模型.分析、研究了钻削力、扭拒及钻削温度随进给量的变化规律.同时采用ABAQUS 软件对难加工材料1Cr18Ni9Ti进行了钻削加工模拟,并分析、讨论了模拟结果.通过与试验数据比较,证明了所建立的有限元模型的正确性.     

圆柱直齿轮冷闭式锻造有限元模拟

本文针对圆柱直齿轮切削加工,存在生产效率低,能耗大等问题,提出冷闭式锻造工艺。利用三维有限元仿真软件,模拟其成形过程。通过提取等效应力、等效应变和行程载荷曲线,分析了金属流动规律,为圆柱直齿轮的实际生产提供参考。     

盾构刀具破岩过程及其切削特性

采用数值模拟技术并借助于大型有限元软件,选择在Ottosen四参数破坏准则基础上引入损伤因子的非线性弹塑性本构模型作为软岩的材料模型,建立盾构刀具切削软岩的二维简化模型,模拟破岩过程中裂纹的生成和扩展;建立三维有限元模型,分析切削力在整个切削过程中的变化,并通过试验验证仿真过程的可行性和有效性.研究结果表明;岩石的破碎过程和切屑的形成过程是由拉伸裂纹和剪切裂纹延伸而成;刀具的切削力与切削时间之间遵循波动变化关系,能够较真实地反映盾构刀具破岩过程中岩石的破碎动态响应过程;采用该方法研究刀具几何参数和切削参数对切削力的影响程度和趋势,为盾构刀具的最优化设计提供了参考依据.     

金属切削过程的有限元法仿真研究

切削过程的建模和仿真在改善切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力.建立了切削过程仿真的有限元模型预报切削力、刀具应力和切削温度.在预先收集工件流动应力数据和高应变率及高温下的摩擦因数的基础上,利用有限元软件Deform仿真研究切削过程.为了验证仿真准确性,进行了硬度200 HB的45#钢的无涂层硬质合金刀具切削试验.结果表明:切削力的预测值和试验值之间表现出了合理的一致性和共同的发展趋势;预测的切削温度的最高点无论在什么切削条件下,总是落在刀具的前刀面靠近主切削刃的部分;预测的最高的刀具应力出现在刀具的前刀面上靠近主切削刃的部分.     

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.     

基于AM60镁合金超精密车削残余应力仿真及实验

为改善AM60镁合金超精密车削加工工艺方法,采用金属切削理论和有限元分析法对超精密加工进行微米级仿真,建立三维有限元模型,并利用Advent Edge软件对残余应力进行仿真分析,研究切削参数对残余应力的影响规律,为验证仿真的结果,对AM60镁合金压铸件进行车削加工,并利用X射线衍射仪对已加工工件表面残余应力进行测量。仿真结果表明:单点金刚石刀具具有的超高导热性,对残余应力分布的热效应起到了一定的抑制作用。工件表面残余应力随着切削深度的增大而减小,随着切削速度的增加而增大。切削进给量对残余应力的影响最明显,切削速度及切削深度影响较小。通过实验测量结果对仿真结果进行验证,为AM60镁合金超精密车削工件表面残余应力的控制打下一定基础。     

船用热交换器铜管切割机切削主轴力学特性分析

切削主轴是船用热交换器铜管切割机关键部件,其力学特性直接影响使用性能．在设计过程中,通过在PRO／E中建模导入ANSYSl4．5完成有限元分析,通过对主轴静态强度、动态刚度、抗振性能以及临界转速分析,为切削主轴设计提供理论．对主轴结构设计实例的有限元分析表明,该设计符合工程要求．     

倒角刀刃切削过程中切削力的有限元法预测

提出了一个预测倒角刀刃切削过程中切削力大小的有限元分析模型．综合考虑了切削加工过程中大应变、大应变速率和高温对工件材料属性的影响，将工件材料的流动应力看成是应变、应变速率和温度的函数．模拟过程从刀具切入工件开始，到切削力达稳态为止．切屑的分离通过商业有限元分析软件Marc中的自适应网格重划分功能实现．采用不同切削条件下切削力的测量结果对有限元分析结果进行验证，发现二者具有较好的一致性．文申最后还分析了刀刃的几何参数对切削力的影响．