高铬铸铁切削加工过程有限元模拟仿真研究

论文摘要

高铬铸铁作为一种优良的耐磨材料，被越来越广泛地应用于制造耐磨零件。高铬铸铁不仅抗磨能力优良而且还具备一定的冲击韧性，这主要是由其特殊的金相组织决定的，然而也正是由于这种特殊的金相组织使得高铬铸铁在切削加工过程中面临刀具磨损严重、加工效率低下等一系列问题。高铬铸铁的切削加工问题如果得不到很好的解决，势必会限制其应用范围。针对高铬铸铁在切削加工过程中面临的一系列问题，本研究将有限元法应用于解决高铬铸铁的切削加工问题。本研究将主要从以下几方面着手：（1）建立了描述高铬铸铁本构关系的Johnson-Cook本构模型；（2）对切削加工过程模拟仿真涉及到的关键技术一一进行阐述；（3）利用ABAQUS有限元分析软件模拟仿真高铬铸铁的切削加工过程，并对模拟仿真结果是否出现沙漏现象进行验证；（4）在没有出现沙漏现象的前提下，根据模拟仿真结果，分析高铬铸铁切削加工过程中与刀具磨损密切相关的切削力和切削热在不同刀具前角和切削用量下的变化情况。（5）优化选择切削加工高铬铸铁的刀具前角和切削用量，以达到延长刀具寿命、降低加工成本的目的。本研究成果可以在一定程度上改善高铬铸铁的切削加工性，对高铬铸铁在实际加工过程中刀具前角和切削用量的选择具有一定的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题来源及其研究背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究背景
• 1.2 高铬铸铁切削加工问题的研究现状
• 1.2.1 高铬铸铁的切削加工性
• 1.2.2 国内外对于高铬铸铁切削加工问题的研究现状
• 1.3 有限元模拟仿真在切削加工中的应用
• 1.3.1 有限元法（Finite Element Method）概述
• 1.3.2 国外利用有限元模拟仿真切削加工过程的研究进展
• 1.3.3 国内利用有限元模拟仿真切削加工过程的研究进展
• 1.4 课题研究目的、意义及其研究内容
• 1.4.1 课题研究目的、意义
• 1.4.2 课题研究内容及创新点
• 2 优良的耐磨材料——高铬铸铁
• 2.1 高铬铸铁的组织特点
• 2.1.1 高铬铸铁中的共晶碳化物
• 2.1.2 高铬铸铁基体
• 2.1.3 高铬铸铁中化学元素对其性能的影响
• 2.1.4 高铬铸铁的热处理
• 2.2 高铬铸铁的静态力学性能
• 2.3 高铬铸铁动态力学性能
• 2.3.1 描述高铬铸铁本构关系的本构模型的选择
• 2.3.2 描述高铬铸铁本构关系的Johnson-Cook 本构模型参数的拟合
• 2.4 本章小结
• 3 高铬铸铁切削加工过程有限元模拟仿真的关键技术
• 3.1 高铬铸铁切削加工过程有限元模型的简化
• 3.2 热——弹塑性有限元控制方程
• 3.3 切屑分离准则的确定
• 3.4 摩擦模型的建立
• 3.5 热传导模型
• 3.6 切削加工过程模拟仿真中的沙漏控制
• 3.7 本章小结
• 4 高铬铸铁切削加工过程有限元模型的建立
• 4.1 金属切削加工过程概述
• 4.1.1 金属切削加工过程的变形区
• 4.1.2 切屑的形成过程
• 4.1.3 切削力实验公式
• 4.2 ABAQUS 简介
• 4.3 基于ABAQUS 的高铬铸铁切削加工过程有限元模型的建立
• 4.4 本章小结
• 5 高铬铸铁切削加工过程有限元模拟仿真结果分析
• 5.1 沙漏现象对模拟仿真结果的影响
• 5.2 切屑形成过程
• 5.3 切削力的模拟仿真结果与分析
• 5.3.1 刀具前角对切削力的影响
• 5.3.2 切削速度对切削力的影响
• 5.3.3 切削深度对切削力的影响
• 5.4 切削温度的分布及其影响因素
• 5.4.1 刀具前角对切削温度的影响
• 5.4.2 切削速度对切削温度的影响
• 5.4.3 切削深度对切削温度的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢