切削加工过程与残余应力仿真研究

【摘要】切削加工是利用刀具从工件毛坯上切除多余的材料,使工件达到规定的几何形状,尺寸精度和表面质量的机械加工方法。在切削加工过程中,为了提高其生产效率和加工质量,需要对切削机理和已加工表面残余应力进行研究。在现代研究领域,计算机仿真方法已经成为了研究切削加工过程的有效手段。本文将基于有限元仿真软件DEFORM-3D平台,对金属切削加工过程、残余应力产生过程、消减残余应力方法等方面进行数值模拟分析,揭示了整个加工过程中温度场、应力场等物理现象的规律,这对切削机理和残余应力的研究有着重要的现实意义。本文研究的内容主要有以下两个方面：(1)对金属切削加工原理进行了分析,介绍了切削过程中切屑、积屑瘤、切削力、切削温度等物理现象。通过对几何模型建立、网格划分、材料模型建立以及对边界条件和接触摩擦的设置,建立了完整的切削加工有限元模型,并对该模型进行了模拟运算。(2)鉴于残余应力对机械加工成形零件质量与使用性能的重大影响,对切削成形工件内部残余应力的产生过程、大小和分布进行了计算机仿真分析,并结合合理的热处理工艺对消减残余应力过程进行了数值模拟研究。通过以上研究可以获得以下结论：(1)不同的刀具前角、切削速度、切削深度等切削因素对切屑变形系数、切削力、切削温度以及残余应力的影响均有一定的规律性,这对切削机理以及残余应力的研究提供了重要的参考依据。(2)经过去应力退火处理,工件内部的残余应力得到了大幅的消减,证明了该热处理方案的有效性。
【作者】施春宇；
【导师】李旭东；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】切削加工；计算机仿真；DEFORM-3D；有限元；残余应力；

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