金属微切削过程的有限元仿真及实验研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文在综合前人对微切削加工机理分析的基础上，建立了切屑与工件的几何分离准则，初步研究了刀具前刀面与切屑表面的摩擦接触问题，而且在考虑了切削刃钝圆半径对切削影响前提下，建立了平面应变条件下的热一弹塑性正交微切削加工有限元分析模型。首先，为了研究切削厚度变化对工件切削过程的影响，本文分别对不同切削厚度的有限元模型进行计算分析，得出了微切削过程中切削力的变化规律，同时得出了不同切削厚度对切屑和工件的应力、应变、温度以及残余应力的分布的影响.仿真结果对研究微切削机理具有极其重要的意义。其次，为了研究刀具不同切削角度对切削加工过程的影响，本文分

2、别对不同刀具前角进行了有限元模型进行计算分析，给出了不同切削刀具前角对切屑形状、应力分布、应变分布、温度分布及残余应力的影响。最后，本文在亚微米级超精密机床上进行了大量的超精密车削实验研究，通过实验测得的切削力结果和仿真计算结果进行比较，得出在同样切削条件下两者误差小于20%a验证了有限元正交切削仿真模型的合理性。关键词有限元分析;分离准则;微切削仿真哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthispaper,thebasicorthogonalmicro-cuttingprocessisresearchedbasedontheformerresearche

3、s.Thechipseparationisbasedonacriticalgeometrycriterionandissimulatedusinganodalreleaseprocedure.Andthefrictionandinteractionofthetoolandthechipisinitiallyresearched.Undertheconsiderationoftheefectoftooledgeradiusonthecutingprocess,athermal-elastic-plasticcoupledfiniteelementorthogonalmi

4、cro-cutingmodelisbuiltup.Firstly,thethermal-elastic-plasticcoupledfiniteelementmodelusingageneral-purposefiniteelementcomputercodeisdevelopedinthispapertoinvestigatetheefectofdiferentcutingdepthonthechipandthemachinedworkpieceduringtheorthogonalmicro-cutingprocess.Cutingsimulationundera

5、varietyofcutingdepthtoexploretheefectofthecuttingdepthonthestraindistribution,stressdistribution,temperaturedistributionandtheresidualstressofthemachinedworkpiece,itisveryimportantofthemicro-cutingsimulationtounderstandthebasicmicro-cutingtheory.Secondly,inthispaper,theefectofthetoolrak

6、eangleonthechipandthemachinedworkpieceduringtheorthogonalcutingprocessisalsoinvestigated.Cutingsimulationunderavarietyoftoolrakeanglesexploretheefectoftoolangleonthegeometricshapesofthechip,thestressdistribution,thestraindistribution,andtheresidualstressofthemachinedsurfaceFinally,aseri

7、alofexperimentsareperformedonasub-microCNCultraprecisionturningmachiningdevelopedbyHarbin-InstituteofTechnology,thecutingforceofexperimentalresultsarecomparedwiththecutingforceofFEMsimulation.Wecanconductthattheerrorofcutingforcearebelow20percentinthesamecuttingconditions.Thera