外文翻译--有限元模拟的高速硬车削 中文版.doc

外文资料名称：Onthefiniteelementmodellingofhighspeedhardturning外文资料出处：IntJAdvManufTechnol附件：1.外文资料翻译译文2.外文原文指导教师评语：签名：年月日(用外文写)有限元模拟的高速硬车削A.G.MamalisJ.KundrakA.MarkopoulosD.E.Manolakos秦飞跃译摘要本文介绍了采用有限元法的模拟高速硬车削。近几年，高速硬车削已经成为切削淬硬钢时非常有效的加工方法。这种最新方法的优势是不仅保证了产品的加工质量，还降低了加工时间、成本，同时也环保。它被称为第三次商业浪潮的计划，目前已应用于实践。该方案为模拟线切割用户提供许多设计和分析的操作。本文提出的正交切削模型，同时考虑了模型的工艺参数及实验相关结果。此外还讨论建造了斜切割模型的高速硬车削。从报告可以得出该方法能用于工业生产。关键字加工有限元方法硬车削1导言硬车削加工操作用于加工硬质材料，如淬硬钢。随着对高品质制造元件的需求越来越大，硬质钢成为现代金属切削加工中使用最广的材料之一，如齿轮、轴、轴承、模具类似零件的材料。制造切割工具是用专门的工具材料，如立方氮化硼亚硝酸盐（立方氮化硼），这种材料能克服在加工过程中遇到的问题1。这些刀具可以在恶劣条件下对铁基材料进行硬车削，即使在高温下，它们也具有良好的性能，可以高速切割和干切削2；由于不使用切削液，这样可以节省购买和处置切削液费用，从而降低了成本。干切削因为其加工过程的特点而具有环保性。此外经证实高速硬车削大大地节省了生产时间。硬车削作为一种先进的技术被广泛的应用，同时它也是一种不可替代的过程，因为逐步执行硬车削可以用来代替传统或是非传统的整理业务繁琐过程；如电火花加工（电火花），在硬加工部分，都等于或优于传统加工，它不仅能保证了精确度，而且具有良好的灵活性同时节省大量的时间，降低成本4-7。但是现代工业所采用的硬车削的程度并没有象我们认为的那么多，主要是由于以下的问题：快速刀具的磨损或破裂，加工时刀具产生的高压和高温会导致加工结果很差8。作为一种新型的加工方法，它需要进一步加以研究、优化，而大多数研究工作却仅限于实验结果。不过这种新型的硬车削利用数值模拟能够为工作进程提供有用的数据，从而更好地理解加工的过程。特别是有限元法（FEM），目前已广泛应用于对加工过程分析和加工过程切削性能的预测。有限元法是一种非常强大的工具切割分析技术的方法，它可以应用于高速硬车削。在本文中介绍的有限元法，是以模拟高速硬车削为例，考查切削速度在切削性能上的影响以及预测切割操作中关键的加工参数，其中一些数据有时很难测量或计算，对此我们要特别的重视。例如，温度对工件加工过程的影响。硬车削是一个相当复杂的切削过程，切削条件与传统的加工方法不同。为此出现了有限元法的第三次浪潮，它专门用于模拟切割操作，为模拟硬车削建立了正交和斜切割模型。2有限元模型在参考文献9-10可以找到过去的三十年来，各种模拟使用有限元方法加工过程的报告。出现在20世纪70年代第一种型号利用欧拉公式模拟正交切割。通过这一办法的有限元网格的空间固定和充满其中的材料以模拟形成该模型的信息。这种模式减少计算时间，由于一些内容需要为工件建模和分块，它主要用于模拟稳态条件下的切削过程。因为网格是一种清楚先验所以图形要素不会严重失真，但这一提法需要复杂的编程。此外必须在加工前得出实验数据，并为该模型了确定存储在芯片的几何形状。但是这方法仅仅被一些研究人员所使用，现在已提出最新的拉格朗日方法得到了更广泛的使用。此方法中，理论联系切削工具材料，加工适合加工的工件。对于切屑的形成，刀刃切屑分离标准仍然是适用的。迄今为止提出了许多关于几何尺寸或物理性能的标准，例如工具和刀具之间的一个临界距离，当刀具达到这一临界距离工件上接近刀刃部分的材料就会分离这就是切屑的形成。其他有关分离的临界值标准例如开始形成切屑的应力或应变标准，甚至提出了裂纹扩展标准。这种方法有一个缺点就是在仿真时要观察大型网格的变形。由于网格是附着在工件材料上的而塑性变形发生在切削区所以网格会发生扭曲。为了克服这一缺点通常采用连续格和自适应网格，这大大增加了计算时间。不过由于计算机的进步使减少所需的时间达到这样的分析水平成为可能。注意所有的拉格朗日-欧拉公式（ALE）都是为了结合这两种方法的优点而提出的，但是它还没有得到广泛的应用。迄今提出的大部分模型都属于正交切削的二维模型，而有关3D模型在文献很罕见。这主要是因为尽管三维切割更接近实际，但是它需要更为复杂的工件、复杂的刀具几何形状和力学性能数据，还有更多的计算时间。特别是研究硬切削更加的困难。下面提供发达国家应用用第三次浪潮软件的模式，该软件适合加工仿真特殊功能的集成。它菜单的设计方案采用的方式能使用户能够最大限度地减少模型的准备时间。此外还包括了常用的切割作业中工件和刀具材料了的数据库，提供所有需要的数据进行有效的材料模型。代码是明确的动态的可以执行热力耦合瞬态分析拉格朗日代码。该计划适用于为微元和工件结网自动重新网格化并给予准确的结果。为分析讨论数值模拟所使用的技术方案和全面的职能介绍见参考16。3结果与讨论3.1正交切削模型正交切削示意图如图1。垂直在平面的切削的厚度用数字表示，在平面应变情况下，它被认为是比较大的进给厚度。本次分析的工件材料是氢13热变形磨具钢，其长度是采取L=3毫米。用材料是立方氮化硼的刀具来模拟刀具磨图1正交切削模型原理图损，界面摩擦采用库仑摩擦法，摩擦系数保持在设定值=0.5。分析时切削刀具，采用-5前角，5角后角和0.02毫米圆角。此外，进给速度都采用F=0.05毫米/圈，切割速度考虑采用3种不同速度，即Vc=200，250和300mm/分钟。图2（a）切削前的网格（b）切削一半（L=1.5mm）时的网格图2（a）和（b）表述的是Vc=300mm/min情况下切削