淬硬钢材料高速切削过程的有限元仿真_机械专业毕业论文-经管之家官网！

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摘 要

在金属切削加工中，对切削过程的研究有着重要的意义。已有的研究表明，数值方法是研究切削加工过程的一种有效手段。为此，本文采用三维热力耦合有限元模拟技术，对金属切削过程进行了系统的研究。
本文首先系统分析了金属切削过程的有限元建模理论，建立了金属切削三维热力耦合刚粘塑性有限元模型，确定了材料模型、切屑分离准则、网格划分、接触摩擦模型、磨损模型和边界条件等。基于 DEFORM-3D 软件平台，成功地模拟了金属切削加工过程。揭示了等效应变、温度场、刀具磨损的分布规律。模拟结果表明该模型是可靠的。
研究揭示了主要工艺参数对切屑变形、切削力、切削温度、刀具磨损的影响规律。通过与理论分析的比较，验证了数值模拟的可行性，为工艺参数优化、切削质量控制及刀具设计提供了依据。

关键词：切削,三维数值模拟,刚粘塑性有限元，热力耦合

ABSTRACT
In the field of metal cutting, it has an important significance to the investigation of the cutting process. The existed researches show that it is effective to investigate cutting process using numerical method. Therefore, in this paper, a systematic investigation on metal cutting process has been carried out using 3D coupled thermal-mechanical FEM numerical simulation.
In this paper, the finite element models of metal cutting were first discussed systemically. A 3D finite element model under coupled thermo-mechanical effects of metal cutting has been developed based on rigid-viscoplastic FEM, and some key technologies have been confirmed, including material model, chip separation criteria, meshing, the contact friction model, abrasion model, contact boundary, etc. Based on the platform of finite element software DEFORM-3D, the processes of metal cutting were simulated successfully. The laws of distribution have been disclosed for equivalent strain field, temperature field and tool wear. The model has been validated by simulation results to be reliable.
The influence of main process parameters on chip distortion, cutting force, cutting temperature and tool wear have been disclosed. By comparing with the theoretical analysis, the feasibility of the numerical simulation was validated, the obtained results may provide a guide to optimizations of process parameters, control of the cutting quality and tool design.
KEY WORDS: Machining, Three dimensional numerical simulation, rigid- viscoplastic FEM,thermal-mechanical

第1章绪论5
1.1引言5
1.2国内外研究综述5
1.2.1发展情况5
1.2.2有限元分析法研究高速切削6
1.3关于Deform-3D软件的介绍6
1.4淬硬钢高速切削的特点7
1.5难加工材料高速切削的展望7
1.6本文研究的主要内容7
第2章金属高速切削理论9
2.1金属切削基本理论9
2.1.1金属切削变形理论9
2.1.2热力耦合理论9
2.2车削过程分析9
2.2.1车削过程的塑性变形9
2.2.2切削力10
2.3高速金属切削的切削温度12
第3章金属切削过程仿真的有限元基础理论13
3.1有限单元分析方法概述13
3.2金属塑性成形有限元概述15
3.2.1弹（粘）塑性有限元法15
3.2.2刚（粘）塑性有限元法16
第4章淬硬钢34CrNiMo6的三维有限元模型建立17
4.1Deform-3D的建模理论17
4.1.1Deform仿真的顺序17
4.2刀具的模型建立18
4.3工件的本构关系18
4.3.134CrNiMo6的本构关系19
4.4刀具与工件的网格划分20
4.5摩擦模型的建立及接触问题的处理22
4.5.1摩擦模型的建立22
4.5.2接触问题的处理23
4.6刀具磨损模型23
4.7热力耦合分析技术及传热边界条件24
第5章34CrNiMo6的切削实验25
5.134CrNiMo6的材料属性25
5.2刀具的材料属性26
5.3车削的实验数据26
5.3.1各组切削实验数据26
5.4车削实验与仿真结果的试验验证28
第6章切削模型计算结果及分析30
6.1切削过程的模拟结果30
6.1.1切屑的形成过程30
6.1.2主切削力的提取31
6.1.3切削应力分布32
6.1.4切削应变的分布32
6.1.5温度的分布33
6.2切削参数对主切削力的影响33
6.2.1不同切削速度对主切削力的影响33
6.2.2进给量对主切削力的影响34
6.2.3背吃刀量对主切削力的影响34
第7章结论37
参考文献39
致谢40

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