切削过程物理仿真及其工艺参数优化研究

论文摘要

近几年来,随着计算机技术的发展,虚拟制造技术应运而生,在制造业中得到了广泛的应用,切削过程物理仿真属于虚拟制造技术范畴,对制造技术的发展有重要的意义。但由于技术水平等因素的限制,目前物理仿真技术局限于简单零件和普通材料的切削模拟,对于难加工材料的切削过程物理仿真仍然是一个难点。本文密切结合先进制造技术快速发展的需求,运用有限元数值仿真技术来模拟切削加工过程。论文采用理论建模、软件分析和实验研究相结合的方法。全文的主要研究内容如下：(1)本文在阅读大量文献的基础上,论述课题的研究背景和有限元仿真的国内外的研究现状,分析目前有限元仿真所存在的问题和发展趋势,说明本课题研究的目的和意义。(2)根据金属切削的理论,对金属切削过程中切屑的形成、切削力、切削热的产生和影响因素进行分析和研究；分析难加工材料的切削特点以及如何选择刀具材料。(3)基于有限元软件DEFORM,建立切削过程的三维有限元模型,进行难加工材料高温合金的切削过程的模拟。分析加工过程中切屑的形成过程以及切屑的变化规律,同时获得工件的应力、应变、切削力和切削温度的分布情况。并对不同工件材料进行仿真,对难加工材料高温合金的切削性能进行分析。(4)针对In718高温合金,通过有限元软件,对不同切削参数、刀具参数和刀具材料进行仿真,得到切削力和切削温度的影响曲线,以切削力、切削温度和刀具应力为衡量标准,实现切削过程的工艺参数优化。(5)根据铣削加工的特点,建立三维铣削有限元模型,进行仿真,得到铣削力的大小。通过铣削实验,测量铣削力的大小,并与仿真值进行对比与分析,验证有限元模拟切削过程的可行性和合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 切削过程仿真的研究概况
• 1.2.1 金属切削过程的研究方法
• 1.2.2 有限元在切削仿真方面的应用
• 1.2.3 切削过程仿真的研究现状
• 1.2.4 目前研究存在的问题及发展
• 1.3 工艺参数优化的研究概况
• 1.4 论文研究的目的和意义
• 1.5 论文研究的内容和总体框架
• 1.5.1 论文研究的内容
• 1.5.2 论文研究的总体框架
• 1.6 本章小结
• 第2章 切削加工的理论基础
• 2.1 金属切削加工的基本理论
• 2.1.1 切屑的形成过程
• 2.1.2 切削热和切削温度
• 2.1.3 切削力
• 2.1.4 金属切削的变形过程
• 2.2 难加工材料的切削加工
• 2.2.1 难加工材料的种类和加工特点
• 2.2.2 高温合金的种类
• 2.2.3 切削高温合金的的刀具材料
• 2.3 本章小结
• 第3章 有限元建模与仿真分析
• 3.1 有限元模拟的概述
• 3.2 有限元模拟的关键技术
• 3.2.1 材料本构模型
• 3.2.2 切屑与工件的分离、断裂准则
• 3.2.3 网格重划分技术
• 3.2.4 刀—屑表面的接触
• 3.3 三维切削过程的有限元模型
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 材料模型
• 3.3.3 参数设置
• 3.3.4 材料的去除
• 3.4 仿真结果与分析
• 3.4.1 应力和应变
• 3.4.2 切削力
• 3.4.3 切削温度
• 3.4.4 刀具变形
• 3.4.5 切屑的形成过程
• 3.5 不同材料的切削仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于物理仿真的工艺参数优化
• 4.1 工艺参数优化意义
• 4.2 工艺参数的选择
• 4.2.1 切削用量的选择
• 4.2.2 刀具前角的选择
• 4.3 基于切削仿真的工艺参数优化方法
• 4.3.1 切削参数优化
• 4.3.2 刀具的参数优化
• 4.3.3 刀具材料的选择
• 4.4 本章小结
• 第5章 实验与分析
• 5.1 铣削加工
• 5.1.1 铣削加工的种类
• 5.1.2 铣削加工的特点
• 5.2 铣削过程仿真
• 5.2.1 有限元模型的建立
• 5.2.2 仿真结果
• 5.3 切削力测量实验
• 5.3.1 实验目的
• 5.3.2 实验基础
• 5.3.3 实验装置
• 5.3.4 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢