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试议切削超硬材料车削过程数值仿真中国

收藏本文 2024-02-15 点赞:26604 浏览:120221 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:长期以来,超硬材料的切削加工一直是切削加工中所面对的难题;因为利用超硬材料刀具加工高硬材料工件时,刀具不仅要承受很大的切削力,而且还要承受切屑变形及磨损所产生的高温,刀具的刀刃磨损的很快,切削力迅速增大,以至刀具发生剧烈磨损报废。随着现代社会的进展,各种行业对这些超硬材料用量需求也越来越大,但是超硬材料的加工成本高和加工效率低下的矛盾将更加突出,超硬材料的切削加工不足如果得不到很好的解决,势必会限制其运用范围。有限元法逐渐成为切削历程探讨的有效手段,运用有限元技术可以高效、低成本地对超硬材料车削历程的切削机理、工艺规律进行深入探讨,以而可很好的解决这个矛盾。本论文以金属切削论述和有限元论述为基础,针对超硬材料的切削性能特点,利用ANSYS LS-DYNA和AdvantEdge FEM两种有限元软件分别建立了适应于硬态切削的二维和三维有限元模型,模拟了切削历程的切削力和切削温度。考虑工件材料机械物理性能随时间的变化和流动应力受应变、应变速率和温度影响特性来模拟材料的非线性不足;采取网格重划分技术和剪切失效准则、单元去除和自适应重划分技术模拟了切削历程;为了处理硬态切削历程中的几何非线性不足,分别采取了更新的Lagrange格式的有限元法与ALE法;在LS-DYNA后处理形成的K文件中添加与热浅析相关的关键字,进行热力耦合场浅析。得到了超硬材料切削历程中各种切削参数对切削性能的影响规律,如不同切削条件下切削力、切削温度的特点和变化走势,为优化超硬材料车削工艺参数及其切削力、切削温度的预报提供了有效的策略。采取切削温度实验系统做了一系列实验,将实验数据结果和AdvantEdge3D有限元软件的仿真数据结果作比较,其结果具有一致的规律性,以而验证了该探讨策略的可靠性。论文的探讨结果表明,本论文建立的CBN刀具车削淬硬GCr15钢的有限元浅析模型可以较好地对超硬材料车削历程进行数值浅析,利用有限元仿真数据作为虚拟切削实验数据,建立了切削温度正交回归方程,以而可以部分取代切削实验探讨,是一种深入探讨超硬材料切削机理的高效、低成本策略,对超硬材料切削加工技术的实际运用具有一定的推动作用。关键词:超硬材料论文切削温度论文有限元仿真论文LS-DYNA论文AdvantEdge论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    1 绪论10-17

    1.1 引言10

    1.2 超硬材料的运用近况10-11

    1.3 超硬材料的进展走势11-12

    1.4 超硬材料切削加工不足的探讨近况12-14

    1.4.1 超硬材料的切削加工性12-13

    1.4.2 基于有限元策略的切削加工仿真探讨的运用与进展13-14

    1.5 本论文探讨的目的、作用及主要内容14-16

    1.5.1 本论文探讨的主要作用14-15

    1.5.2 本论文探讨的主要内容15

    1.5.3 课题探讨的革新点15-16

    1.6 本章小结16-17

    2 超硬材料切削加工历程有限元模型的建立17-36

    2.1 金属切削基本论述17-24

    2.1.1 金属切削变形论述17-18

    2.1.2 刀具磨损论述18

    2.1.3 刀具几何角度换算18-20

    2.1.4 切削热传导模型20-22

    2.1.5 切削温度的论述模型22-24

    2.2 切削加工历程的有限元建模24-28

    2.2.1 有限元关键技术24-26

    2.2.2 工件材料物理性能26-28

    2.3 有限元软件的介绍及运用案例28-34

    2.3.1 AdvantEdge FEM介绍及其运用案例28-31

    2.3.2 ANSYS LS-DYNA 介绍及其运用案例31-34

    2.4 本章小结34-36

    3 超硬材料的切削加工仿真案例36-41

    3.1 相关切削加工材料36-38

    3.1.1 工件材料36

    3.1.2 刀具材料36-38

    3.2 仿真案例38-41

    3.2.1 单因素设计案例38-39

    3.2.2 正交回归设计案例39-41

    4 切削加工历程有限元仿真浅析41-61

    4.1 基于 AdvantEdge FEM 切削加工历程的有限元仿真结果浅析41-50

    4.1.1 应力场浅析41-45

    4.1.2 温度场浅析45-50

    4.2 基于 LS-DYNA 2D 切削加工历程的有限元仿真结果浅析50-57

    4.2.1 应力场浅析50-53

    4.2.2 温度场浅析53-57

    4.3 切削温度回归浅析57-59

    4.3.1 仿真试验结果回归浅析57-59

    4.4 仿真结果比较浅析59-60

    4.5 本章总结60-61

    5 仿真浅析策略的可靠性验证61-73

    5.1 实验系统61-63

    5.1.1 实验条件61-63

    5.2 实验案例和实验结果浅析63-66

    5.2.1 切削温度实验目的63

    5.2.2 切削温度随进给量变化规律实验63-64

    5.2.3 切削温度随切削速度变化规律实验64-65

    5.2.4 切削温度随切削深度变化规律实验65-66

    5.3 仿真结果浅析66-70

    5.3.1 切削温度随切削深度变化规律仿真浅析66-67

    5.3.2 切削温度随进给量变化规律仿真浅析67-69

    5.3.3 切削温度随切削速度变化规律仿真浅析69-70

    5.4 仿真结果与实验结果的比较浅析70-72

    5.5 本章总结72-73

    结论与展望73-74

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