基于有限元法的金属切削机理研究.pdf

《基于有限元法的金属切削机理研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·机械制造·薛建勋·基于有限元法的金属切削机理研究基于有限元法的金属切削机理研究薛建勋(1．淮阴工学院数字化制造技术实验室。江苏淮安2303；2．南京航空航天大学机电学院。江苏南京210016)摘要：有限元法是对金属切削机理进行理论研究的有效方法。研究了金属切削模型、本构模型、摩擦模型、切屑分离等有限元模拟所必需的关键技术。采用ABAQUS软件对AISI4340钢的正交切削过程进行模拟，分析了其应力应变、温度、切削力，证明所建立的有限元模型是合理的。关键词：有限元；切削机理；本构模型；切屑分离中图分类号：TH111；TP391

2、文献标志码：A文章编号：1671—5276(2013)02—011-03SimulationResearchonMetalMachiningMechanismbyFiniteElementMethodXUEJian．xun，(1．JiangsuKeyLaboratoryofDigitalManufacturingTechnology，HuaiyInInstituteofTechnology，Huai’an223O03，China；2．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，Nan

3、jingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Finiteelementanalysisisanefectivemethodwhichcanbeusedtostudymetalmachiningmechanism．Thispapermakesastudyofseveralkeyfiniteelementtechniquessuchascuttingmodel，constitutivemodel，frictionmodelandch

4、ipseparationandsimulatestheorthogonalcuttingprocessofAlS14340alloymaterialbytheuseoffiniteelementsoftwareABAQUSandthenanalyzesitsstress，strain，temperatureandcuttingfome．Itprovesthattheconstructedfiniteelementmodelisreasonable．keywords：finiteelement；machiningmechanis

5、m；constitutivemodel；chipseparation2金属切削有限元建模0前言2．1本构模型金属切削是一个从工件毛坯表面以切屑形式去除多余材料的过程u。对金属切削过程的机理进行研究，进本构方程是指材料产生弹性变形或塑性变形时，应力而用于指导实际生产过程具有重要的理论意义和实用价与应变以及应力率与应变率之间关系的物性方程，也称为值。研究金属切削机理的方法主要有高频摄影法、扫描电本构模型。在金属切削加工过程中，本构模型会对切削加镜法等试验研究方法和离散元法、有限差分法、有限元法工仿真结果的准确性产生根本的影响，因此

6、必需根据实际等数值模拟方法这两大类』。的工况合理的选择材料本构模型。有限元法是2O世纪5O年代首先在飞机结构分析中迄今为止已经有多种金属材料的本构模型被提出，主应用的一种有效的数值分析方法。随着计算机技术的迅要分为以Johnson—Cook模型、修正的Johnson．Cook模型等速发展，有限元法已广泛应用于机械制造、航空航天、土木为代表的经验本构模型和以Zerilli．Amstrong模型、MTS模工程、石油化工等诸多领域，是研究金属切削机理的有效型等为代表的基于物理学的本构模型。其中Johnson．工具之一。大型通用有限元

7、计算分析软件ABAQUS具有Cook模型利用变量乘积关系分别描述应变、应变率和温强大的功能，适用于复杂问题的求解和非线性分析J。度的影响，常用于模拟金属材料从低应变率到高应变率下的动态行为。Johnson—Cook模型如式1所示，表示为三1切削模型项的乘积，分别反映了应变硬化、应变率硬化和温度软化。正交切削是指刀具主切削刃的刃倾角为0。时的切[H)】(1㈩削，此时主切削刃与切削速度方向成直角，故又称为直角切削。虽然实际切削加工中的大多数情况是属于斜角切2．2摩擦模型削方式，但在理论和实验研究工作中，则比较常用正交切削方式。金属

8、切削机理研究中，通常采用正交切削模型观在切削加工过程中，刀具和切屑之间的摩擦力的大小察和研究变形区中的诸多现象，实际切削形式都是作为二对加工状况有着重要的影响，因此在分析中应考虑摩擦。元正交切削的应用来考虑J。有限元模型中，刀具一切屑表面分为滑动摩擦区和粘性摩擦区两个不同的摩