典型塑性材料三维车削过程的有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义

采用有限元法来模拟切削过程不但克服了传统的实验方法的费时、费用昂贵的缺点，还可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性，如：加工工件表面和切屑的温度场分布、应力分布、应变分布和残余应力分布等。本课题是以典型的塑性材料单晶铜车削过程的有限元仿真为例，来使用有限元方法对切削过程的中的切削力、切削温度和切屑形态进行分析与仿真。本课题是为了研究典型塑性材料切削及微切削过程有限元仿真的理论及方法，加深对机械加工过程中刀具、工件材料以及切削过程的各种物理现象的理解，培养掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽知识面和提升专业技能。

2. 国内外研究现状分析

在1940年，Mechant等人D-3在进行金属切削加工机理研究的过程中对金属切削建立了剪切角模型，并且在研究中确定了前角与剪切角它们中间的相互对应的关系。Iwata在1984年通过把切削加I中的材料假设为刚塑性变形体，而且应用了刚塑性的有限元分析的方法对低的应变率和低的切削速度的情况下的稳定正交金属切削进行了成功模拟。Moriwaki等人在1993年通过在刚一塑性有限元方法的基础上成功的对无氧铜的微切削加工过程进行模拟仿真,并且对微细切削加工过程中由摩擦产生的工件与刀县之间的温度分布情况进行了研究。Maed与Maekawa两人在 1993 年在把工件材料的弹塑性变形、切削时的温度、刀具与切屑之间的摩擦等因素综合考虑的基础上，第一次建立了描述金属切削加工过程的三维模型。

2003年，宋金玲等通过计算机模拟金属切削连续稳态成屑过程，对工件切屑进行弹塑性变形及受力分析。2004年，黄志刚等人较为系统地研究了二维、三维切削有限元模型建立及相关关键技 术，并利用该有限元模型进行了切屑成形过程模拟，分析了切削过程的应力、应 变、温度等物理量。同年，邓文君等模拟了高强度耐磨铝青铜在正 交切削时的刀具从初始切入到切削温度达到稳态的切削加工过程，获得了不同切 削深度和切削速度下的切屑形态、应变和应变速率的分布。2006年，成群林在航空铝合 金切削加工有限元模拟中，采用Deform软件解决了二维直角与三维斜角切削加工 过程的应力、应变、温度场的模拟等，分析了切屑的形成。2007 年，刘胜永等讨论了二维切削中摩擦系数对切屑变形、切削温度等的影响。2008 年，张磊光等建立了金属切削三维热力耦合刚粘塑性有限元模型，通过采用不同的刀－屑摩擦系数对三维金属切削过程进行模拟。

3. 研究的基本内容与计划

第1周-第2周(熟悉任务，收集资料，了解任务 书和撰写开题报告。

第3周-第6周熟悉有限元软件（abaqus）， 着手为建模准备，通过查阅资料了解材料的特点，切削过程的特点，选择刀具材料，定义刀具各项几何参数。 为中期检查做准备。

第7周-第9周对切削过程的有限元模型进行实际的计算，并得到具体结果，将这些结果进行分析比较。

4. 研究创新点

传统的加工方式无法充分地考虑到材料的受力变形、热变形和工件残余应力变形，有限元仿真能有效地降低产品的成本，缩短产品的生产周期，减少人力物力的损耗，还能达到很好的预期效果。