高速切削淬硬钢切屑形成过程及温度场有限元模拟研究

论文摘要

高速切削加工现已成为当代先进制造技术的重要组成部分。高速切削加工过程中经常会产生锯齿状切屑,这种锯齿状切屑几乎影响高速加工过程的各个方面,如切削力,切削温度,刀具磨损和寿命以及加工表面完整性。因此,有必要预测锯齿状切屑的形成以及它同工件材料和加工条件之间的关系。切削热与切削温度是高速切削技术研究的重要内容,高速切削温度的分布及其变化规律是高速切削工艺分析的主要依据之一,具有重要的理论意义和应用价值。采用有限元模拟对高速切削条件下的温度场进行研究可以得到刀具前刀面温度分布情况以及切削参数对切削温度的影响规律,从而为研究刀具磨损机理、优化切削参数提供有益的参考数据。本文使用基于商业的有限元分析软件ABAQUS的Johnson-Cook材料模型模拟了高速切削AISI-1045淬硬钢时的切屑形态和切削力以及温度场的分布情况。采用了物理分离准则并使用ABAQUS/Explicit处理器中的一个动态失效模型来实现切屑同工件的分离,讨论了刀具前角对切屑形态和切削力的影响,并通过试验来加以验证。研究表明模拟结果和试验结果是一致的,高速切削AISI-1045淬硬钢时产生了锯齿状切屑,并且在其他切削条件不变的情况下随着刀具前角的减小锯齿化程度和齿距逐渐增大,同时切削力也随着刀具前角的减小而增大;对高速切削过程中温度场分布情况的研究表明刀具上温度最高的位置不在刀尖处而是在距刀尖一定距离的地方。模拟和试验结果表明,本文所介绍的这种有限元方法可以被用来预测高速切削加工淬硬钢过程中的切屑形态和切削力以及温度场的分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 高速切削概述
• 1.1.1 高速切削定义
• 1.1.2 高速切削发展
• 1.1.3 高速切削特点
• 1.1.4 目前高速切削机理研究领域及研究方向
• 1.1.5 高速切削切屑形成、切削力及切削温度分析
• 1.2 高速切削切屑形成过程及温度场模拟国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在问题
• 1.3 本课题研究的意义及主要内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 高速切削有限元技术
• 2.1 有限元法及有限元分析软件 ABAQUS简介
• 2.2 有限元分析主要过程
• 2.3 正交切削几何模型的建立
• 2.4 网格划分技术
• 2.5 温度场模拟技术
• 2.6 高速切削切屑形成过程及温度场模拟关键技术
• 2.7 本章小结
• 3 高速切削淬硬钢切屑形成过程模拟
• 3.1 材料模型
• 3.2 切屑分离准则
• 3.3 摩擦模型
• 3.4 AISI-1045钢高速切削过程有限元模拟
• 3.4.1 有限元模型
• 3.4.2 模拟结果
• 3.5 本章小结
• 4 高速切削切屑形成试验及模拟结果验证
• 4.1 试验设备
• 4.2 试验过程
• 4.3 试验结果同模拟结果的对比分析
• 4.4 本章小结
• 5 高速切削淬硬钢温度场模拟
• 5.1 材料模型
• 5.2 切屑分离准则
• 5.3 有限元模型
• 5.4 模拟结果
• 5.5 模拟结果同试验结果对比分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢