资源描述：
《切削加工残余应力的有限元分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、切削加工残余应力的有限元分析2008年第42卷No2切削加工残余应力的有限元分析*23詹斌陈文琳刘宁合肥工业大学摘要:在切削加工中，为了提高已加工工件的表面质量，需要研究切削速度和进给量对已加工工件残余应力的影响规律•根据弹塑性有限元理论，利用有限元软件建立了切削模型，得到了不同切削速度和进给量下已加工工件的残余应力•结果表明，增大切削速度有利于增大深层压应力，同时也会增大表面拉应力;增大进给量有利于增大深层压应力，但对表面拉应力的影响无明显规律.关键词:切削加工，残余应力，有限元法，切削速度,进给量FiniteElementAnalys
2、isforResidualStressafterMachiningZhanBinChenWenlinLiuNingAbstract:Theeffectsofcuttingspeedandfeedonresidualstressofworkpieeemachinedshouldbestudiedtoimprovesurfacequalityinmachining.Acordingtoelasto・plasticityFEM,euttingmodelsarecreatedalldtheresidualstressofworkpiecesmac
3、hinedwithdifferentcuttingspeedalldfeedareobtainedinthisarticle.Theresultsindicatetherulesthattheincrementsofcuttingspeedalehelpfulforincreasinginternalcompressionslressandalsoincreasesurfacetensionstress,theincrementsoffeedinducetoincre一mentofinternalcompressionstress,but
4、influencesurfacetensionstresswithoutallyrules.Keywords:mach/ning,residualstress,FEM,cuttingspeed,feed1引言金属切削加工过程伴随着高温，高压，高应变率的塑性大变形•在此过程中刀具对工件产生强大的挤压力，使切削层在高应力，高应变,高切削温度的情况下与基体产生分离，形成已加工表面•因此，在己加工工件中存在着较大的残余应力•残余应力的大小和分布会在很大程度上影响工件的使用性能和寿命•近年来,国外在研究切削参数对加工过程的影响，切屑的形成及切屑与刀
5、具的接触和摩擦的有限元模拟等方面取得了足以满足工程要求的成果.但国内关于切削工艺对工件残余应力影响规律的研究还处于初步阶段,制约了我国制造业的发展.切削加工后的工件经过切削力和切削热的综合作用，表层金属发生了不同程度的塑性变形•切削过程中产生的高温，使得表层金属有可能发生金相组织的转变…•无论是塑性变形或是相变，都会使表层产生残余应力.分析残余应力的方法可分为实验法，解析法和有限元法•采用实验法和解析法分析残余应力时，因其使用条件，适用范围有限,因此均有较大的局限性•而有限元法借助计算机技术应用于切削加工过程的模拟，具有动态性，高度非线性
6、等特点，能够得安徽省自然科学基金资助项目(项目编号:01044107)H本玻璃板基金资助项目(项目编号:103・413371)收稿日期:2007年7月到满足工程要求的数值解，因此是一种非常有效的方法.2有限元分析的理论基础由于切削过程中塑性变形和热传导同时发生，二者分属不同的物理问题,分析的理论基础不同，无法对其场量采用联立求解的方法进行分析12]•因此，应利用热一力耦合有限元算法求解.2.1工件已加工表面非稳态温度场计算根据传热学理论,无内热源非稳态二维热传导温度场的微分方程为l.j(+)+Qc(l)边界条件设定fl(T—Tf)Ir式中
7、,,p,c分别为材料的导热系数，密度，比热;Q为单位体积内热生成率;T,T分别为瞬态温度，介质温度;h为物体表而放热系数;分别为固体边界及其外法线;t为时问.用有限差分法求上式的泛函数极值，得到工件表面温度场的有限元方程为(+){TiMO{TI,—At+IPI(3)式中,[k]是温度刚度矩阵是变温矩阵;{T}为未知温度值列向量;{P}为常数列向量;{!>△为己知初始温度值矩阵;At为时间间隔.由式⑶可以求出时间间隔为的各时刻的温度场.2.2热弹塑性大变形耦合方程为了耦合热载荷和机械载荷的相互影响，可认为工件变形遵循Prandtl.Reus
8、s流动法则和VonMises屈服准则•将材料考虑为具有各向同性的应变硬化性质，并认为应力是应变，应变率和温度的函数，得出热弹塑性热力耦合本构方程⑷,(5)・{曲[D.J{de.}(4)在弹性范
