金属切削过程有限元模拟开题报告.doc

毕业论文开题报告 题 目 金属切削过程的有限元模拟 学生姓名 李飞峰 学号 111座机电话号码 所在院 系 机械工程学院 专业班级 机自S1102班 指导教师 王燕燕 2015年3月15日 题 目 金属切削过程的有限元模拟 选题的目的及研究意义 金属切削过程是机械制造业中最重要的过程之一，它在机械制造工业中占据着重要的地位，并对国家经济和技术的发展有着深远的影响。金属切削加工的实质就是刀具和工件的相互作用用刀具切除工件上多余的金属层，从而获得形状、精度及表面质量都符合要求的工件的过程。在此过程中会伴随着各种现象，如切削变形、切削力、切削热、刀具的磨损与耐用度等，并且这些现象严重影响着产品的质量及生产成本。实际上，切削过程是一个很复杂的过程，它涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学还有热力学、摩擦学等诸多学科。切削质量受到刀具形状、切屑的流动、温度分布、热流和刀具磨损等影响，切削表面的残余应力和残余应变严重影响了工件的精度和疲劳寿命。为了研究金属切削的机理，使切削参数的选取、刀具的设计更加合理，学者们已经做了大量的研究工作,先后建立了许多简化的力学模型，其中比较著名的有Merchant切削模型和Oxley切削模型，对切削机理的研究起到了积极的推动作用。但是切削过程中各个变形区的变化过程、应力分布、应变分布、切削温度的分布等，仅仅通过解析法求解是不能解决的。随着计算机硬件技术和软件技术的快速发展，有限元（FEM）已经成为金属切削过程仿真的有效工具，实践证明，采用有限元来数值模拟解决工程实际问题能够达到所需的精度具有很高的可靠性。而且还可以得到许多从实验中很难得到的重要数据，仿真结果形象，直观，对实践有着很高的指导价值。利用有限元仿真技术研究金属切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。并且能够方便地分析各种工艺参数对切削过程的影响，为优化切削工艺和提高产品精度与性能提供理论和实用手段。有限元所提供的分析方法，对于实际生产中工艺参数的优化，切削质量的控制，刀具设计提供了依据，同时对于提高金属切削效率并改善加工表面质量，优化加工工艺具有重要意义。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 1.研究现状： 金属切削加工过程是一个复杂的切削变形过程，工作条件非常恶劣，传统的研究方法主要基于试验，费时，费力。随着计算机技术的发展，有限元法现已成为金属切削过程模拟的主要工具，与其他传统方法相比，它大大提高了金属切削仿真结果的准确性。目前国际上对金属切削过程有限元模拟方面的研究较为深入，金属切削过程的研究方法已经从最初的简单的剪切平面法发展到更加复杂的有限元方法。而金属切削过程的有限元分析主要是建模，在金属切削过程的建模方法中，有限元法代表着必威体育精装版的趋势。它利用大变形塑性理论，数值解技术及计算机计算能力的飞速发展，几乎能模拟金属切削过程的各个方面，从而更为细致的揭示切削过程。 金属切削数值模拟的首要任务就是切削模型的建立。早在1937年，著名学者Piispanen最先建立了切削模型（卡片运动模型）。这一模型是一个比较理想化的模型。它把稳态切削状态下产生切屑的原因描述为一叠卡片在刀具的挤推作用下沿着刀具的前刀面滑动而形成，并假象剪切区域是在一个绝对的平面上，因此，它无法解释切屑卷曲变形等问题。但是，它为以后切削模型的建立奠定了良好的基础。 1940年，最早研究金属切削机理的是Merchant,Piispanen,Lee and Shaffer等人，他们建立了金属切削的剪切角模型，并确定了剪切角与前角之间的对应关系。此后，大量学者开始将切削过程中的摩擦、高速应变率、加工硬化和切削温度对工件和加工精度的影响考虑到切削的模型中去，这使得对金属切削仿真计算的结果与实际测量数据更加接近，增加了人们对金属切削机理的认识。 1959年Palmer和Oxley、1961年Oxley等在他们的模型中考虑了构件硬化和应变率对加工过程造成的影响，使材料模型更加的合理；1965年Kudo建立了切屑卷曲模型，但这些模型都没有考虑切削热对材料的影响。 有限元方法最早被应用在切削加工的模拟是在70年代，1973年，B.E.Klamechi最先系统的研究了金属切削加工中切屑形成的原理，并用三维有限元模型分析了切屑形成的初始阶段。 1981年，Usui、Maekawa和Shirakashi等学者假设工件的流应力是应变、应变率和温度的函数，利用有限元法建立刀刃切削连续产生切屑的模型，采用库伦摩擦定律处理切屑-刀具接触面的发向力、摩擦力及摩擦系数的关系。 1982年，Usui和Shirakashi为了建立稳态的正交切削模型，第一次提出了刀面角、切屑几何形状和流线等概念，预测了应力应变和温度等参数；1984年，Iwata利用等塑性有限元方法分析