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1、金属切削过程计算机仿真[摘要]金属的切削过程实质上是工件材料的切削层在刀具的刀刃和前刀面作用下受到挤压，沿剪切面产生剪切滑移变形，而转变为切屑，同时形成已加工表面的过程。本文利用ANSYS进行了金属切削过程的模拟研究,模拟了切屑的形成过程,得到了变形区应力和应变分布,并研究了残余应力和切削力的变化。模拟结果表明,在第1变形区和第2变形区,应力、应变较大,且较集中,前刀面的最大应变出现在距刀尖一定距离的地方;在切削过程中,切削力逐渐增大,最后保持在某一个值附近波动,达到稳定状态;在加工表面上存在着残余应力和残余应变,且残余应力和残余应变随着
2、与刀尖和已加工表面之间距离的增大而减小。[关键词]金属切削;有限元模拟;应力;应变;TheComputerSimulationofMetalCuttingProcessAbstract:Metalcuttingprocessissubstantiallyaffectedlayeroftheworkpiecematerialinthecuttingedgeandtherakefaceofthetoolpressingaction,thesheardeformationintheshearslipsurfaceandintothechip,w
3、hiletheformationofthemachinedsurface.ThefiniteelementsimulationstudyofmetalcuttingprocesshasbeencarriedoutwiththefiniteelementsoftwareANSYS/LS-DYNA.TheformingprocessofchipwassimulatedandtheDistributionofstrainandstresswasacquired.Inaddition,Thechangeofremnantsstress,strai
4、nAndcuttingforcehasbeenstudied.Theresultsofsimulationshowedthatthestrainandstressislargerandmoreintenseinthefirstandseconddeformationzoneandthelargeststressofrakeface.Inpositionofappearingadisplacementtothetooltip.Intheprocessofmetalcutting,thecuttingforcehasbeenincreased
5、graduallyandthenheldwavenearbyaconstantvalue.Thereareremnantsstrainandstressinthefinishedsurfaceandtheremnantsstrainandstressdecreasingwiththedistanceoftooltipandthefinishedsurfaceincreased.KeywordsMetalcutting;Finiteelementsimulation;Stress;Strain;目录引言11绪论21.1研究的目的和意义21.
6、1.1研究目的21.1.2研究意义21.2国内外研究状况及现状21.3金属切削模拟技术存在的问题31.4本文主要工作42有限单元法及弹塑性理论52.1有限元方法分析过程概述52.2平面问题有限元法62.3模拟算法62.4接触问题的处理62.5断裂准则及计算模拟62.5.1裂纹的分类62.5.2切屑与工件的分离和断裂准则72.6弹性力学理论概述82.7塑性力学理论概述92.7.1屈服条件102.7.2塑性应力应变关系103切削计算模型的建立113.1切削过程的总体描述113.2材料模型123.3网格划分及单元特性133.4边界条件的确定14
7、3.5加载计算并求解144切削模型计算结果与分析154.1切削过程的模拟结果及分析154.1.1切屑的变形特点15第29页共24页4.1.2切削过程起始阶段应力应变分析164.2切削时刀具的应力分析164.3工件已加工表面的残余应力分布174.4工件切削区域的应力分布195结论和展望225.1结论225.2展望22致谢23参考文献24第29页共24页引言切削工艺主要是通过刀具在材料表面切除多余的材料层来获得理想的工件形状、尺寸以及表面光洁度的机械加工方法。精密切削和超精密切削可以代替研磨等很费工的手工精加工工序，同时提高加工精度和加工表面
8、质量。随着电子、光学、生物医学精密设备的需求不断增加，产品的体积越来越小，对超精密切削加工的质量就提出了更高的要求。为了提高切削产品特别是精密和超精密切削的生产效率和加工质量，需要深入地研究切
