单晶硅车削过程的三维有限元仿真分析开题报告

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。

本课题是为了研究脆性材料在切削及微切削过程中区别于塑性材料的各种物理现象，加深对刀具、工件材料以及切削过程中切削力、切屑形成机理的理解，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

近些年来，国内外专家在机械加工过程及材料成型工程等方面做出了大量的研究，贡献了海量文献。

哈尔滨理工大学的张惠萍[[[]张慧萍; 刘壬航; 李珍灿; 张庆宇. 300m超高强度钢高速切削过程仿真研究. 机械科学与技术]]等利用有限元仿真技术研究了300m钢的高速切削过程。

建立高速切削模型，研究不同切削条件下切削力和切削温度的影响规律，并和相关试验数据进行比较，两者数据变化趋势大致相同，切削速度增大，切削温度升高，切削力先升高后下降;前角角度增大，切削力和切削温度均大幅度下降，应力向工件与刀具接触区集中;后角增大，切削力和切削温度稍有下降，但变化幅度较小。

3. 研究的基本内容与计划

内容：本课题是以典型脆性材料车削过程的仿真为例，来使用有限元方法对脆性材料切削过程的切削力、切削温度和切屑形态进行分析与仿真。

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，通过查阅资料了解脆性材料的特点，切削过程的特点，选择刀具材料，定义刀具各项几何参数。

4. 研究创新点

本次课题，我们以典型脆性材料单晶硅作为切削材料，如本文开头所述，单晶硅出现在现代高科技行业的诸多领域，尤其在航空航天以及光电领域中发挥着重要的作用，但是对单晶硅的加工精度和表面质量提出了很高的要求，而且由于单晶硅脆性高韧性低，弹性极限和强度十分接近，其加工仍然很困难。

在本次课题中，我们除了熟悉有限元软件（abaqus）的使用，还必须搞清：脆性材料加工刀具各项几何参数的概念、脆性材料加工刀具材料的选择及特点、脆性材料的力学性能以及脆性材料切削的特点。

在有限元切削建模中有几个需要注意的关键技术。