基于DEFORM-3D的金属铣削过程仿真研究.pdf

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1、设计与研究DesignandR洲呦基于DEFORM一3D的金属铣削过程仿真研究4胡艳娟王占礼朱丹(长春工业大学机电工程学院，吉林长春130012)摘要：基于切削加工的热一弹塑性有限元理论，建立了金属正交切削加工的热力耦合有限元模型；分析、研究了材料的本构模型、断裂准则、接触摩擦特性以及热传导方程等切削加工模拟所涉及的关键技术；然后采用DEFORM一3D软件对45号钢进行了切削加工有限元模拟分析，预测了铣削加工切削力，同时得到了在热力耦合作用下的工件和刀具中的铣削力、非均匀应力场、应变场和温度场分布情况。并通过实验验证了有限元模型的正确性。关

2、键词：铣削加工热力耦合有限元模拟中图分类号：THl64TP391．9文献标识码：AMachiningsimulationduringmetalmillingbasedonDEFORM-3DHUYanjuan，WANGZhanli，ZHUDan(SchoolofMechatronicEngineering，ChangchunUniversityofTechnology，Changchun130012，CHN)Abstract：Thethermal-mechanicalcouplingfiniteelementmodelformetalorth

3、ogonalcuttingwasbuiltbasedonthermalelastic—plasticfiniteelementtheory．Atthesametime，thekeytechnologiessuchasconstitutivemodelofmaterial，fracturecriterion，contactfrictioncharacterandheatconductionequationinvolvedbycuttingwereanalyzedandstudied．Then，thefiniteelementsimulatio

4、nforthemillingof45#steelwascarriedoutthesoftwareofDEFORM-3D．Inthesimulation，themillingforcewasforecasted，byusingandthemillingforceofworkpieceandtoolundertheactionofthermal—mechanicalcoupling．thenonu—niformstressfieldandthedistributionofstrainfieldandtemperaturefieldwereobt

5、ained．Andtheex-perimentsshowthecorrectnessofthefiniteelementmodel．Keywords：MillingProcessing；Thermal-mechanicalCoupling；FiniteElementSimulation铣削是现代机械工业中应用最广泛的切削加工方三维的几何形状，为了能够真实地反映铣削加工过程，法之一，其加工特点为切削速度高、工作齿数多、生产但是现在对三维切削过程的模拟仿真的研究还很效率高，可用于加工平面、台阶面、沟槽、成型表面和切少’9’10

6、。而郭建英在文献

7、[11]中虽然对金属切削过断等¨j。由于铣削加工过程是一个非常复杂的动态程进行了三维有限元分析，但也仅局限于应力、应变的性、非线性的工艺过程，常伴随着切削力、切削热和刀模拟，没有模拟切削过程温度场的变化。具磨损等物理现象旧J。因此，对铣削加工过程的数值考虑到三维切削过程热力藕合计算的复杂性，本分析常涉及到很多学科方面的内容如弹塑性力学、断文建立热力耦合有限元模型，并采用有限元软件DE．裂力学、热力学等，然而利用解析法很难对切削机理进FORM建立三维工件和铣刀模型，进行模拟仿真，从而行定量的分析和研究。计算机仿真技术的飞速发展使获得工件和刀具

8、的应力分布、应变分布及温度场分布得利用数值分析特别是利用有限元法模拟金属铣削过的情况以及预测了切削力，再通过切削试验对有限元程成为可能。因此国内、外学者针对切削加工过程中模拟结果进行验证。产生的切削力、切削热进行有限元研究一。J。但对切1建立有限元模型削加工有限元仿真模拟的研究一般都集中在二维正交切削上，文献[8]就是通过2一DFEM对切削加工过程铣削加工过程中，金属变形受铣削力和切削热共进行模拟仿真，然而在实际加工中，工件和铣刀都有其同影响。为了耦合机械载荷和热载荷的相互作用，采}国家自然科学基金资助项目(51105044)；吉林省自然科

9、学基金项目(201215129)廷箩缫ZUR专=i：；尹14年帚朋DesignandR嘲砌设计与研究用热力耦合弹塑性变形有限元法进行分析，该方法包不同的接触状态，即滑动区和粘结区