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车削过程的温度场仿真为例，来使用有限元方法对切削过程的工件材料表面、刀具表面以及切屑的温度场进行分析与仿真。
本课题是为了研究塑性材料精密及超精密加工过程有限元仿真的理论及方法，加深对刀具、工件材料以及切削过程的理解，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
1980年,lajczok建立了一个简化的正交切削模型,在不考虑切屑生成的条件下从实验中得到了切屑的几何形状和切削力.1982年,usui,shirakashi为了建立稳态的正交切削模型,第一次提出了刀面角、切屑几何形状和流动应力等,并且预测了工件中应力、应变和温度的分布.1984年,iwata等人将工件的材料假定为刚塑性体,利用刚塑性有限元法模拟了在低切削速度、低应变率时的稳定正交切削过程.但是,由于他们没有考虑到材料的弹塑性变形,所以没有计算出工件中残余应力的大小.1990年,strenkowski和moon等人,用欧拉有限元法建立了金属的正交切削模型,忽略了工件的弹性变形,模拟了切屑形成,得到了工件、切屑和刀具中的温度场分布.hashemi等人,采用弹塑性材料的本构关系和应用临界等效塑性应变准则,模拟了金属切削的连续切屑和不连续切屑的形成过程.1991年,lucca等人做了一系列切削实验,切削深度从0.025mm到15μm,他们采用无氧铜作为切削对象,研究了切屑形成,刀-屑间的滑动,刀具对工件的耕梨作用.研究发现只有当切削深度在2μm以下时才应该考虑切削刃钝圆半径对耕梨力的影响作用.在lulea university of technology大学vahid kalhori博士的研究资料中指出要在金属切削仿真中实现较为准确的结果，所建立的有限元模型必须要注意以下几点： 1) 极大的局部变形； 2) 破裂的初始和切屑的形式； 3) 接触和摩擦； 4) 由热和粘度所引起的复杂的材料特性； 5) 塑性和脆性的破裂。
与本领域国外的研究状况相比，国内在对切削加工的有限元模拟的研究还比较少，清华大学的方钢博士只是简要的概述了国外切削仿真的发展情况。
此外，浙江大学的刘成文硕士也作过这方面的工作。
3. 研究的基本内容与计划
本课题对学生所学知识和技能的要求如下：（1）有限元基本理论及其软件使用；（2）刀具各项几何参数的概念；（3）刀具材料的选择及特点；（4）单晶铜材料的特点；（5）塑性材料切削过程的特点。
研究计划:第1周至第2周(3.2~~3.15) 熟悉任务，收集资料，了解任务书和撰写开题报告。
第3周至第6周(3.16~~4.12)熟悉有限元软件（abaqus），着手为建模准备， 通过查阅资料了解单晶铜材料的特点，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
（1）采用有限元软件ABAQUS 进行单晶铜切削温度场的仿真分析； (2)对有限元模型进行实际的计算，并得到关于应力、应变、温度场分布等具体结果。
同时可以观察到单晶铜切削仿真下切屑的形成过程。
