不锈钢钻削过程温度场与应力场的数值模拟开题报告

1. 研究目的与意义

不锈钢材料塑性大，加工硬化严重，易生成积屑瘤，而使加工表面质量恶化。切削力约比45钢（正火）高25%，加工表面硬化程度及硬化层深度大。导热系数小，只为45#钢的1/3，因此产生的热量多且不易传出，所以切削温度高。由于切削温度高，加工硬化严重，加上钢中有碳化物，形成硬质夹杂物，又易刀具发生冷焊，故刀具磨损快，耐用度低，钻孔时钻头被四周孔壁包围，散热更加不易。由于钻头几何角度不够合理，以致使钻头易于磨损，耐用度低。不锈钢属于难加工材料，其特殊的材料性能使其加工效率比较低下，加工成本较大。因此研究不锈钢的钻削性能，提高不锈钢钻削加工效率具有重要的意义，同时也为其它难加工材料的研究提供借鉴。

机械制造、材料加工常会涉及到热、力的作用，而温度场、应力/应变场的计算大都采用偏微分方程的数学模型进行描述，如弹塑性力学、传热学等，对偏微分方程的求解主要有：解析法和数值计算。解析法（高等数学的方法）很难解决实际问题。数值计算是目前最主要的求解偏微分方程（弹塑性力学、传热学），求解后就是温度场、应力场等。有限元是最重要的数值计算方法之一，其中deform、ansys是采用有限元法进行计算的软件。deform是机械、材料加工的专业软件，非常适合于机械行业应用。ansys是通用软件，适合面广，但对于机械行业用起来较复杂。

deform可以分析塑性成形、热处理、机械制造等温度、应力、组织的计算。这个计算出来的是刀具、工件所受的应力、温度或工件的组织、温度变化等，可以预测热处理的组织、刀具的寿命等。

2. 研究内容和预期目标

研究内容:切削过程的分析、有限元模型的建立、计算，分析计算结果。需要熟悉有限元算法及软件Deform、工件材料本构模型、刀－屑摩擦模型、切屑分离和断裂准则等。对计算结果的分析，包括切削力、切削温度等。另外，需要采用三维绘图软件PRO-E建立车刀模型。需要的软件包括Deform、PRO-E。不同刀具角度对车削过程温度、应力的影响。

预期目标:

3. 研究的方法与步骤

研究方法:利用deform数值模拟软件，分析了切削用量对不锈钢钻削性能的影响，建立钻削加工仿真模型，分析切削用量对不锈钢钻削轴向力和扭矩的影响规律，并得到了钻削温度场和应力场。

研究步骤:

（1）初步掌握不锈钢的加工特点，尤其是钻削工艺的难点。

4. 参考文献

1、李传民，王向丽，闫华军，等.deform5.03金属成形有限元分析实例指导教程[m].北京：机械工业出版社，2007.

2、温效朔，王克琦.切削加工有限元仿真与应力分析[j].工具技术，2006，40(7)：30-32.

3、2a12铝合金的车削有限元仿真与实验研究[j].轻合金加工技术，2013，41(9)：49-53.

5. 计划与进度安排

1. 2022-3-2～2022-3-15 查阅资料，撰写开题报告和翻译外文资料；

2. 2022-3-16～2022-4-5 查阅资料，分析不锈钢的钻削过程及钻削机理；

3. 2022-4-6～2022-5-3 建立有限元模型，分析不同的钻削用量情况下，钻削力、钻削温度的变化；