基于ABAQUS的高锰钢钻削力和温度仿真研究

论文摘要

随着科技的进步,我国铁路建设也发展快速,同时在火车提速的背景下铁路基础设施建设也面临着严峻的考验,其中铁路道岔则是基础设施建设中的关键环节之一。我国铁路所使用的道岔材料是ZGMn13高锰钢,由于此材料本身的自身属性,使在加工它时有着较高的切削力和切削温度。较大的切削力、较高的切削温度能加速刀具磨损,缩短刀具的使用寿命。由于高锰钢材料的难加工性,所以研究高锰钢切削力、切削温度的变化规律对生产实际有着重要的意义。通过仿真可以减少或取代试验来对金属的切削力和切削温度进行研究,这样既节约了时间又能降低成本。本文利用准静态压缩试验和Hopkinson压杆试验测出高锰钢在低应变率和高应变率情况下的应力、应变关系,再通过计算得出高锰钢材料Johnson-Cook本构方程中的各个参数,确定高锰钢的本构方程。为使仿真结果更加接近实际加工,本文所进行的仿真中将Johnson-Cook剪切失效准则确定为此次仿真的分离准则,此种方法不用定义切屑和已加工表面的几何分离面。本文应用ABAQUS有限元仿真软件,在确立麻花钻钻削仿真的三维有限元模型的基础上,在一组切削用量下对钻削加工过程进行了动态仿真,得到了麻花钻钻削加工过程中的钻削力和钻削温度等一些数据。了解它们的来源,并对数据进行了分析,同时分析比较了不同切削用量下钻削力以及刀具温度的变化情况,符合实际加工中切削用量的变化对切削力及切削温度的影响趋势。本文还依据仿真模拟时的切削用量,通过试验的方法,测出了钻削高锰钢时的力和温度,将它与仿真值进行对比,以检验结果的正确性和用ABAQUS仿真软件进行钻削动态模拟的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 切削加工过程有限元模拟的研究现状和发展方向
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 有限元仿真的相关理论
• 2.1 有限元理论
• 2.1.1 有限元原理
• 2.1.2 弹塑性有限元理论
• 2.2 金属切削变形理论
• 2.2.1 金属的晶体结构
• 2.2.2 金属的塑性变形机理
• 2.3 ABAQUS软件简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 钻削有限元仿真技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 麻花钻钻削三维建模
• 3.2.1 麻花钻三维模型
• 3.2.2 工件三维模型
• 3.3 高锰钢材料本构方程
• 3.3.1 试验设计及方法
• 3.3.2 静态压缩试验和Hopkinson压杆试验
• 3.3.3 ZGMn13高锰钢Johnson-Cook本构方程
• 3.3.4 ZGMn13高锰钢Johnson-Cook本构方程的确立
• 3.4 切屑的分离准则
• 3.5 网格划分
• 3.6 接触关系定义
• 3.7 初始条件及边界条件的定义
• 3.8 对仿真关键技术的检验
• 3.9 本章小结
• 第四章 高锰钢三维钻削有限元仿真
• 4.1 高锰钢钻削过程仿真结果及分析
• 4.1.1 钻削力
• 4.1.2 钻削温度
• 4.2 不同切削用量下的结果分析
• 4.2.1 不同的切削用量对钻削力的仿真分析
• 4.2.2 不同的切削用量对钻削温度的仿真分析
• 4.3 切削用量的变化对切削力和切削温度的影响
• 4.3.1 切削用量对切削力的影响
• 4.3.2 切削用量对切削温度的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 高锰钢钻削加工试验
• 5.1 钻削力试验
• 5.1.1 试验条件
• 5.1.2 试验设计
• 5.1.3 试验结果
• 5.2 钻削温度试验
• 5.2.1 试验条件
• 5.2.2 试验设计
• 5.2.3 试验结果
• 5.3 仿真值与试验值的比较分析
• 5.4 新型钻头
• 5.4.1 刀具材料
• 5.4.2 刀具几何参数
• 5.4.3 新型刀具YL10.2与YG8的切削力比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢