高速切削加工过程中切削应力场的数值模拟(30000字)
摘要
高速切削由于具有很高的切削速度，可以极大地提高材料切除率，从而大幅度提高生产效率，高速切削具有降低切削力、提高切削表面质量、减少传递给工件的切削热、避免颤振和积屑瘤的产生等优点，通过高速切削物理仿真技术可以节约大量刀具和工件材料消耗，更深入研究高速切削基理和工艺过程优化，发挥高速切削技术优势，高速切削加工过程是一个十分复杂的非线性变形过程，传统的研究方法很难对切削机理进行定量分析。利用计算机进行有限元仿真研究具有系统性好、继承性好、可延续性好等优点，还可以获得许多用实验方法无法获得或不能获得的信息，能够再现高速切削过程切削应力及应变的变化。
应用ANSYS软件构建出具有复杂截面几何特性、复杂边界条件的金属陶瓷可转位刀片的三维实体模型，可以避免因使用解析法建立的简化力学模型，造成误差太大的结果.采用ANSYS软件，进行位移场和应力场分析，计算出刀具的最大位移、应力等，显示三维应力等值线(面)、位移等值线(面)。
关键词：有限元， 高速切削, 应力，数值模拟，应力场
Abstract
High-speed cutting as much more cutting speed, and can greatly increase the material removal rate, which greatly improve productivity. High-speed cutting reduce the amount of force, cutting surface quality and delivery to the amount of heat, keep up with the vibration and has the advantages of, High-speed cutting through a simulation technology can save a lot of knives and the material consumption and more in-depth research high-speed cutting the administration and optimize the technological process of the technical advantages of high-speed cutting, High-speed cutting processes is a very complicated process of nonlinear distortion, traditional research method is very difficult to cutting mechanism in quantitative analysis. Use of computers for a systematic study element emulation, and their continuity and Continuation of advantages can be well also for many of the experimental method cannot be won or may not be able to obtain the information will be able to reproduce high-speed cutting amount of stress and strain process of change.
Ansys software applications built with the complex cross-section geometry properties and complex conditions, the metal blade can turn one's three- dimensional entity model， can avoid using the law of the simplified models, mechanical errors are too large. the ansys software, the displacement field or stress analysis tool, calculate the maximum displacement, stress, the contour line appear three-dimensional (), the contour line on the displacement (face).
Keywords：FEA, High-speed cutting ，numerical simulation, stress field
研究内容
（1）熟悉高速切削加工应力场模拟这个课题，查阅和此课题有关的资料和文献来进行大体上的理解和研究；
（2）了解高速切削加工过程中切削应力场的研究现状及存在问题；
（3）建立正交切削模型，分析金属切削层变形机理、切屑受力情况、刀具／工件切削区的摩擦特点以及有关剪切角的计算方法。根据正交切削特点建立了有限元模型，应用弹塑性力学讨论切削变形区的弹、塑性阶段的应力、应变状态；
（4）通过切削过程模拟，分别分析刀具前角、切削速度、进给速度、切削厚度等条件对切削力的影响；
研究方案
拟采用的研究方法，技术路线，实验方案的可行性分析。
(1)首先阅读大量相关文献资料,教材及新闻背景资料,包括机械制造的原理及方法，根据设计内容确定的设计规范、设计方法;
（2）了解高速切削加工过程中切削应力场的研究现状及存在问题；
（3）建立正交切削模型，分析金属切削层变形机理、切屑受力情况、刀具／工件切削区的摩擦特点以及有关剪切角的计算方法。根据正交切削特点建立了有限元模型，应用弹塑性力学讨论切削变形区的弹、塑性阶段的应力、应变状态；
（4）通过切削过程模拟，分别分析刀具前角、切削速度、进给速度、切削厚度等条件对切削力的影响；
（5）运用资料和文献上学到的切削应力场的知识和有限元仿真加工方法，可以判断该方法可行。
目录
摘要 2
Abstract 3
第1 章 综述 6
1.1 引言 6
1.2 高速切削加工的历史与现状 7
1.3 研究高速切削加工中应力场的意义和方法 7
1.3.1研究的意义 8
1.3.2切削加工过程有限元分析的发展 8
1.3.3研究高速切削应力场的方法 10
1.4课题研究的主要工作内容 11
第二章 ANSYS 13
2.1 ANSYS介绍 13
2.2 ANSYS软件组成 13
2.3 ANSYS 提供的分析类型 13
2.4 ANSYS 有限元软件应力分析过程 14
第三章 金属切削过程变形和应力场理论 16
3.1 金属切削变形理论 16
3.1.1 金属切削过程概述 16
3.1.2 应力分析 17
3.1.3 应变分析 19
3.2 弹塑性变形理论 20
3.2.1 相关的弹塑性变形理论 22
3.2.2 ANSYS 程序塑性选项 28
3.3刀具/工件切削区的摩擦 30
第四章 高速切削加工中应力场的有限元分析及仿真 31
4.1 金属切削过程应力场的有限元建模 31
4.1.1弹性阶段的数学模型建立 31
4.1.2单元应力与节点位移 35
4．2材料的选取和建立有限元模型 35
4.2.1材料的选取 35
4.2.2建立有限元模型 36
4.3加载求解 44
4.3．1指定分析类型 44
4．3.2加载 45
4.3.3求解计算 45
4.4进入通用后处理器查看结果 45
4.4.1图形显示变形结果 45
4.4.2图形显示应力应变结果 46
4.4.3改变载荷再次求解 55
4.4.4根据分析制作切削加工关系图 63
4.5结果分析 64
第五章 结论 65
致谢 66
参考文献 67
附录 68
附录一模拟加工命令流程 68
附录二 英文文献原文 73
附录三：英文文献翻译 78
附录四：任务书 83
附录五：开题报告 87 |
