超硬材料車削過程的數(shù)值仿真研究.pdf

1、長期以來，超硬材料的切削加工一直是切削加工中所面臨的難題；因為利用超硬材料刀具加工高硬材料工件時，刀具不僅要承受很大的切削力，而且還要承受切屑變形及磨損所產(chǎn)生的高溫，刀具的刀刃磨損的很快，切削力迅速增大，以至刀具發(fā)生劇烈磨損報廢。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，各種行業(yè)對這些超硬材料用量需求也越來越大，但是超硬材料的加工成本高和加工效率低下的矛盾將更加突出，超硬材料的切削加工問題如果得不到很好的解決，勢必會限制其應(yīng)用范圍。有限元法逐漸成為切削過程研

2、究的有效手段，應(yīng)用有限元技術(shù)可以高效、低成本地對超硬材料車削過程的切削機理、工藝規(guī)律進行深入研究，從而可很好的解決這個矛盾。
　　 本文以金屬切削理論和有限元理論為基礎(chǔ)，針對超硬材料的切削性能特點，利用ANSYS LS-DYNA和AdvantEdge FEM兩種有限元軟件分別建立了適應(yīng)于硬態(tài)切削的二維和三維有限元模型，模擬了切削過程的切削力和切削溫度?？紤]工件材料機械物理性能隨時間的變化和流動應(yīng)力受應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度影響特性來

3、模擬材料的非線性問題；采用網(wǎng)格重劃分技術(shù)和剪切失效準(zhǔn)則、單元去除和自適應(yīng)重劃分技術(shù)模擬了切削過程；為了處理硬態(tài)切削過程中的幾何非線性問題，分別采用了更新的Lagrange格式的有限元法與ALE法；在LS-DYNA后處理形成的K文件中添加與熱分析相關(guān)的關(guān)鍵字，進行熱力耦合場分析。得到了超硬材料切削過程中各種切削參數(shù)對切削性能的影響規(guī)律，如不同切削條件下切削力、切削溫度的特征和變化趨勢，為優(yōu)化超硬材料車削工藝參數(shù)及其切削力、切削溫度的預(yù)報提

4、供了有效的方法。
　　 采用切削溫度實驗系統(tǒng)做了一系列實驗，將實驗數(shù)據(jù)結(jié)果和AdvantEdge 3D有限元軟件的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果作對比，其結(jié)果具有一致的規(guī)律性，從而驗證了該研究方法的可靠性。
　　 論文的研究結(jié)果表明，本文建立的CBN刀具車削淬硬GCr15鋼的有限元分析模型可以較好地對超硬材料車削過程進行數(shù)值分析，利用有限元仿真數(shù)據(jù)作為虛擬切削實驗數(shù)據(jù)，建立了切削溫度正交回歸方程，從而可以部分取代切削實驗研究，是一種深入研