本文關鍵詞：高速切削刀—屑接觸界面摩擦建模研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著計算機技術的發(fā)展,有限元仿真已經被廣泛地應用于研究金屬切削過程和切削區(qū)應力、應變、溫度以及切削力等的分布狀況中。為了能夠更好地了解金屬切削過程中刀-屑接觸面的摩擦狀態(tài)以及不同的切削參數對切削過程的影響,需要建立一個能夠準確描述金屬切削過程的摩擦模型,以便指導實際的加工生產,提高刀具的使用壽命和工件的加工質量。 本文利用有限元分析軟件ABAQUS建立不采用分離線的二維正交摩擦模型,簡要敘述了有限元模型中單元網格類型、邊界條件與約束的選擇原理,采用Johnson-Cook本構模型對材料本構行為進行描述,用剪切損傷準則作為材料的分離準則。為了能夠對刀-屑接觸面的摩擦狀態(tài)進行更準確的定義,利用ABAQUS有限元軟件的用戶子程序接口VFRIC對刀-屑摩擦界面進行二次開發(fā),在庫侖摩擦模型的基礎上,建立了粘結-滑移摩擦模型和滑移區(qū)變摩擦系數摩擦模型。 同時,本論文通過高速切削實驗獲得45鋼(AISI1045)的切屑根部試樣,研究切屑形態(tài)隨切削速度與刀具前角的變化情況,并對鋸齒狀切屑中絕熱剪切帶的形態(tài)以及切屑根部滑移線分布進行簡要描述。 將實驗獲得的切削力與摩擦模型模擬出的切削力隨著切削參數的變化情況進行對比分析,結果表明三個摩擦模型均能夠準確地模擬出切削力隨切削參數的變化趨勢,即隨著切削速度的提高和刀具前角的增大,切削力降低。但滑移區(qū)變摩擦系數摩擦模型模擬的準確性要高于庫侖摩擦模型和粘結-滑移摩擦模型。 分析對比實驗和三個摩擦模型的刀-屑接觸長度與剪切角,發(fā)現(xiàn)刀-屑接觸長度隨切削速度和刀具前角的增大而降低,剪切角隨切削速度和刀具前角的增加而增大,分析結果同樣證明滑移區(qū)變摩擦系數摩擦模型對高速切削時刀-屑界面的摩擦狀態(tài)的描述更為準確。對切削過程中切屑與工件內的應變、應力分布進行了分析,發(fā)現(xiàn)刀-屑接觸面上的正應力隨切削速度和刀具前角的減小而增大,切屑內等效塑性應變值隨切削速度的升高而增大,而且剪切帶中的等效塑性應變值從最大值處向四周逐漸降低,呈梯度變化。
【關鍵詞】：高速切削 摩擦模型 二次開發(fā) 刀-屑接觸面
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TG501;TH117
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 高速切削概述9-11
• 1.2 刀-屑摩擦的有限元研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 國外研究概況11-14
• 1.2.2 國內的研究概況14-16
• 1.2.3 存在的問題及發(fā)展趨勢16
• 1.3 課題主要研究內容16-17
• 1.3.1 論文研究工作16-17
• 1.3.2 研究內容要解決的問題17
• 1.4 課題的研究意義和應用價值17-18
• 1.5 本章小結18-19
• 2 刀-屑接觸區(qū)摩擦狀態(tài)理論分析與ABAQUS子程序二次開發(fā)19-32
• 2.1 金屬切削過程的刀-屑界面接觸特性19-23
• 2.1.1 刀-屑接觸面摩擦狀態(tài)20-21
• 2.1.2 刀-屑界面的粘結理論21-23
• 2.2 摩擦學基本理論23-25
• 2.3 ABAQUS中的摩擦定義25-27
• 2.3.1 ABAQUS中的摩擦定義25-26
• 2.3.2 ABAQUS中接觸算法26-27
• 2.4 VFRIC子程序二次開發(fā)27-31
• 2.4.1 ABAQUS子程序開發(fā)平臺27-29
• 2.4.2 摩擦模型子程序在ABAQUS中的調用方法29
• 2.4.3 子程序在運算中的調用及計算過程29-31
• 2.5 本章小結31-32
• 3 高速切削實驗研究32-42
• 3.1 概述32
• 3.2 實驗材料與相關設備32-33
• 3.3 高速切削實驗過程33-36
• 3.4 實驗結果分析36-40
• 3.5 本章小結40-42
• 4 高速切削過程中刀-屑接觸面摩擦模型的建立42-53
• 4.1 二維正交幾何模型的建立42-44
• 4.1.1 有限元模型建立42-43
• 4.1.2 單元網格類型43
• 4.1.3 邊界條件和約束43-44
• 4.2 高速切削摩擦建模中的關鍵技術44-47
• 4.2.1 材料動態(tài)塑性本構模型的確定44-46
• 4.2.2 切屑和工件的分離準則46-47
• 4.3 刀-屑界面摩擦模型的確定47-52
• 4.3.1 庫侖摩擦模型49-50
• 4.3.2 粘著-滑移摩擦模型50-51
• 4.3.3 滑移區(qū)變摩擦系數摩擦模型51-52
• 4.4 本章小結52-53
• 5 高速切削有限元模擬結果與實驗結果對比分析53-79
• 5.1 切削力結果與驗證54-63
• 5.1.1 隨切削速度變化的切削力對比分析54-61
• 5.1.2 隨刀具前角變化的切削力對比分析61-63
• 5.2 刀-屑接觸長度對比分析63-66
• 5.3 剪切角計算模型及對比分析66-70
• 5.4 應力的分布及變化規(guī)律70-75
• 5.4.1 工件與切屑內等效應力的分布70-72
• 5.4.2 刀-屑接觸界面正應力分析72-75
• 5.5 切屑內等效應變隨切削速度的變化規(guī)律75-78
• 5.6 本章小結78-79
• 結論79-81
• 參考文獻81-86
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況86-87
• 致謝87-88

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  本文關鍵詞：高速切削刀—屑接觸界面摩擦建模研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：504527