基于铣削过程的有限元模拟分析.doc

毕业设计（论文） 论文题目 基于铣削过程的有限元模拟分析 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2010级 学生学号 学生姓名 指导教师 职称 完成时间 2014 年 5 月 目录 第一章 引言 1 第一节研究目的与研究方法 1 1研究目的 1 2研究方法 2 第二节本课题研究的思路和意义 2 第三节铣削加工技术的发展趋势 2 第二章 铣削加工概述 3 第一节铣削方式选取 3 第二节铣削要素 3 第三节铣削力 4 第四节刀具和工件材料选取 4 第四章 有限元分析软件DEFORM-3D概述 5 第一节 DEFORM-3D应用 5 第二节 DEFORM-3D特点 5 第五章 铣削加工的DEFORM求解过程 6 第一节 前处理过程 6 1新建项目 6 2导入工件和刀具 7 3定义材料 7 4划分网格 8 5定义刀具的运动参数 8 6定义边界条件和热传导 9 7设置模拟控制步数 9 8 定义刀具的进给量 10 9设置物体间关系 10 10创建摩擦系数以及热传导率 11 11检查生成数据 11 第二节 求解器求解过程 12 第三节 结果后处理 13 第六章 DEFORM-3D模拟过程得出结果 13 第一节探究速度的变化对切削力的影响 13 第二节探究进给量的变化对切削力的影响 19 结论与展望 26 致谢语 26 参考文献 27 基于铣削过程的有限元模拟分析 机械工程学院机械设计制造及其自动化机械2班 摘要 在本文中对于采用的DEF0RM-3D有限元分析软件进行铣削加工模拟可行性的问题,本文结合塑形材料45号钢的进行切削试验。能够利用该模拟方法进行铣削加工的数值模拟和部分规律性的研究。本根据普通的铣刀几何参数,在Solidworks三维建模软件里画出简化的铣削加工的几何模型,并导入DEFORM-3D软件里对铣削加工进行有限元模拟，对模拟条件进行设定,以铣削时的三个方向上切削力、切削温度和应力变化为研究对象,利用单因素试验方法进行一系列模拟铣削。主要内容有: 1.以切削速度为变量进行铣削模拟加工,分析速度对切削力、切削温度和表面层残余应力的影响。2.以进给量为变量的单一因素进行模拟铣削加工,分析切削用量对切削力、切削温度和表面层残余应力的影响。本文通过改变单因素的方法对铣削加工有限元模拟结果进行综合分析研究,最终得出了铣削加工切削参数对铣削加工过程影响规律。 关 键 词 铣削加工 有限元仿真 切削力变化 温度变化 应力变化 第一章 引言 对于加工金属零件的方法可分为塑性加工、压力成形、机械加工、热成型等几个类型。在上述的几种加工方法中, 主要是机械制造占很大的比例, 然而切削以及磨削加工是机械加工中应用最为广泛的。因为铣削加工是切削加工中较重要的加工方式之一,所以本文对铣削加工进行模拟分析。金属的切削过程是一个比较复杂的工艺加工过程，整个工艺会涉及到弹性力学、热力学、摩擦学、塑性力学等很多方面。然而刀具的形状, 温度的分布以及刀具的磨损等情况都会对整个切削过程产生重要的影响。如果使用传统的一些解决方法，对于整个切削过程的分析和研究就会很困难。就目前的研究进展来看，大部分切削过程的有限元模拟一般都局限于二维有限元模型，少数三维有限元的仿真也仅仅是将刀具几何结构简化进行，模拟结果有较大的理想性，在一定程度上限制了模拟结果对实际加工的预测和指导意义。本文研究利用Solidworks软件建立简化的铣刀的建模，采用DEFORM-3D软件建立了三维铣削有限元模型并模拟了三维铣削的加工过程，获得了工件与刀具热、力分布变化规律为铣削加工工艺控制从依靠经验转向依靠理论的定量分析提供了依据。 第一节研究目的与研究方法 1研究目的 铣削力是引起零件加工变形的主要原因，因此研究铣削力的预测方法对制定加工工艺，减小加工变形，提高加工质量具有十分重要的意义。而切削力的大小又是和切削参数息息相关的，因此，利用DEFORM-3D的铣削模块，实现对45号钢的材料的切削过程模拟仿真，并得出在不同切削用量和速度的情况下的切削力的变化曲线、切削过程中切削应力的变化情况以及温度的变化情况，研究铣削加工中切削参数各因素(速度、进给量)对切削力的影响有着非常重要的意义。文中通过设计一系列的切削实验，对铣削加工过程中，影响切削力的切削参数各因素进行了分析， 从而得出其中的普遍性规律， 为铣削加工中切削参数的选择提供科学的理论依据