【GY177】支架工艺规程及加工3×Φ7螺纹孔工装夹具设计及建模【机械工艺夹具类毕业设计论文】【优秀】【通过答辩】
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- 内容简介：
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金属 基于 数值仿真和分析 * * * * 摘要 通过使用有限元法和 金属材料的切削过程模拟和切割机制耦合方法 中 对其结构 进行了分析。仿真结果表明，切削过程是一个塑性变形 的 过程 ，切削层材料由于刀具 的 挤压 产生 剪切滑移 ， 产生 挤压和摩擦，切割形成的 冷却 表层材料 ，是受 塑性变形力的结果，形成残余应力 ;切削力迅速增大后减小，最终变化在一定范围内，最大有效应力在一定 范围内处于 不同的稳定切削阶段的最前沿。 关键词：金属切削 ;数值模拟 ，有限元法 ; 金属切削过程是一个复杂的加工工艺。它不仅涉及到弹性，塑性和断裂力学，而且涉及到摩擦学和热力学。切割质量受许多因素影响，如工具的形状，切削参数，切削热，切削刀具磨损等 1。这是 个 非常不 理想 的定量分析和研究分析方法 的 削减机制。它浪费了 实验检错 工时，增加生产成本。作为金属切割新的研究方法，机制，计算机模拟方法 更 简便，高效。其中，有限元方法是使用最广泛的金属切削仿真方法 ，并得到了一些重大的成就 2， 3。有限元方法是一种网格方法。分离的标准和断裂准则的芯片要人为地设置在金属切 削模拟过程中，或在切削变形区的网格 中 将被扭曲。这是不完全符合实际情况的 一种方法 。无网格法的发展提供了一个问题的有效解决方案。光滑粒子流体动力学（型号为 一种成熟的无网格方法。仿真模型建立与散粒子 的产生 ，在这么大金属切削变形过程 中 可有效解决4 在连续介质的机械变形仿真 中 ，有限元法的效率比 ，但不如在仿真 过程中 涉及到大变形，不连续的媒介。因此，文件模拟金属切削 基于 行 有限元方法和 补充了单一方法的缺点。 在 仿真模型建立离散粒子。粒子的质量 在 固定的坐标系统中是固定的 。因此 的基本方程，也 是 能量守恒方程和固体材料本构方程。在 场物理描述的流动的粒子， 设定其 具有一定的速度 。每个粒子是一个流场特性的插值点。整个解决方案可以得到由这些粒子 组成 的插值函数 7， 8。 9。任何宏观变量（如密度， 气压 ，温度等）可以得到由粒子 组成 的无序的一整套插值。粒子的相互作用 用 插值函数表示。近似粒子功能 hf(x)= f(y)W(h) (1) 其中 值内核），它 的 表述如下： W(x,h)=(1 (x) (2) 其中 辅助值 是 (u)= C0)2(2211 (3) 其中 平滑长度 H 是计算效率和精度 的 具有重要影响 的 因素。为 了避免负面影响 ，由于材料压缩和膨胀，变化平滑的长度是由 W. 平滑长度 是 动态 的， 随时间和空间变化。它 随着 粒子之间的距离的 增加而 增加。 随着 粒子之间的距离 减少而减少 。它的变化范围为 h0h (4) 其中 半径为 h，在每个时间段内 ，这些粒子在该地区的。因此，必须执行搜索。 桶 搜索算法 应用 的分类方法是用于在 。如图 1所示，第一，整个区域 划分为一些次区域，然后 在 每个粒子及其邻区地区的搜查。通过使用搜索方法，计算大大减少。 图 1 桶 分类和 本区域 搜索 建模与仿真 A 合模型 在这篇文章里 ，大变形的 以及工件 小面积 变形和刀具的建模与拉格朗日网格 有关 。图 2显示了耦合 格 . 图 2 耦合 这个 颗粒示意图左边的部分是 它的 右边部分是拉格朗日网格。 失败连合接触的标准 10是 1, + 2, 1 (5) 其中 fu,fs,fu,fs,正应力 ， 剪应力， 正常的破坏应力和 失效的剪应力 ， m1,数的正应力和剪应力 。 有限元网格 为了减少计算时间，简化了仿真模型，如图 3 所示。工件是一个 6毫米（长） 4毫米（高） ） 的长方体 。有限元网格大小为 削变形区是仿照与 径）。刀具前角 0为 10 ，后角 0为 6 。 工件材料是 45 号钢 模型，适用于钢 的 物质模型 有任意的压力与 疲 劳曲线 和各向同性的 塑性 。 疲劳比率 使用考贝 释 。之间的应变率和屈服应力的关系 10是 Pe f 011 （ 6） 其中 是应变率， 0是初始屈服应力和 有效的塑性应变硬化作用 。 刀具材料的硬质合金（ 它的硬度和强度远高于工件。它被认为是弹性体。表 1 列出了刀具和工件，其中一些材料特性1. 及 有效塑性应变值 1. 表一 磁特性刀具和工件 单位 ： 性率 (E) 泊松比 密度 () 应变率参数 (C) 应变率参数 (P) 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 工件 200 00 5 割工具 600 0实际上也反映了固体颗粒颗粒附近的 2如图 4所示。 虚拟 的 物理 粒子和固体颗粒的数量对称 于 固定边界 上 。因此，虚 拟 粒子可以产生约束的固体颗粒。它使固体颗粒速度保持在零值，而无法穿透边界。 固体颗粒 虚粒子 平滑的长度 初步平滑长度 图 4 仿真结果分析 A. 切屑 的形成 本文 对 切割变形和 45号钢 的 切屑 的形成过程进行了模拟。切割速度0米 /秒 ， 切削深度为 图 5（ a）可以看出 ，存在于边缘之间的工具和切削层材料接触带 有较 大的接触应力。 值高于 生产 的 45钢的强度。因此，在接触带的物质产生不可逆变形，其他区的材料仍然 处于 弹性状态。随着工具的不断移动，边 上的 工具和切削层逐渐增加接触面积。切割层材料 堆 积 在刀面上 。 材料的 内应力 逐渐增加。如图所示 5（ b），小 变形区有效应力远高于屈服强度。 (a) t= (b) t=c) t= (d) t= 5 变形过程中的切削层材料 因此，在小变形区材料是塑料的状态。 刀具 切削 材料和流动挤压后，在向上沿刀面 程 塑性状态 推 动材料。 切屑 的材料 从 表格 可以看出 ，流出的 主要变形区，如图所示 5（ c）。从图 5（ d） 可以看出，表面层的组成物质的内部结构发生变化，并存 在于表层形成的残余应力。仿真过程表明，挤压和摩擦，切割形成的冷 却 表层材料 是 塑性变形力的结果，并形成残余应力。 图 6 显示了工件 在金属切削过程 中 的最大有效 应力变化曲线 。可以看出，最大有效应力急剧增加的起步阶段。 最 高 值 在 达 后下降。在这个时候 切屑 逐渐 形 成 。最高有效应力变化，最终在 时间（ 图 6 变化曲线的最大有效应力 B. 切削力分析 从图 7可以看出，切削力急剧增加，然后下降，最终在一定范围内变化。在金属切削过程中，随着接触面积刀具和切削层材料 变化 ，切削力和在接触带的内应力增加物质逐渐增加。 时间（ 当内应力达到屈服强度 时 ， 材料 产生 剪 应力 ， 切屑 从主要变形区域流出 。它使切削力减少一点。材料屈服和 切屑 形成不断发生，因此减少在一定范围内 的 力波。 C. 分析应力和应变刀具 从动态模拟过程可以看出， 首次切削 存在着 较 大的接触应力。随着切割 进行 ，材料变形向上沿刀面和前刀面挤压动作。在刀面最大接触应力 点 向上移动了。 在 切屑 形成以后，最大有效的应力波在某一处 达 到最 大值 （如图所示 8）。因此，切削刀具 在 磨损严重 。刀面应力分布曲线如图所示 9， 可以看出， 切削刃接触点 应力 较 大。这 时达 到 最大值为 后逐渐减小 。 图 8 距离前沿 （ 图 9 布曲线 图 10 显示在刀具表面的最大有效应力应变变化曲线。没有考虑到不正常的地方跳 动 曲线，可以看出，最大有效应力大幅增加至 最终保持 在 右摆动 。最高有效应变保持在 左右摆动 。刀具的弹性变形很小 。 时间（ （ a） 最大有效应力变化曲线 时间 （ （ b）最大有效应变变化曲线 图 10 刀具表面最大有效应力和应变的变化曲线 V. 结论 1）耦合的有限元方法和 真结果表明，它是在金属切削仿真有效的过程。 2）切割过程是一个塑性变形过程 ，切削层材料 产生的 剪切滑移 是 由于刀具挤压。 3）从切割的挤压和摩擦结果 来看 ，在 冷却的条件下 ， 在材料表面层形成塑性变形，并最终形成 残余应力。 4）后形成的切屑 ，最高在一定 范围 的有效应力波的前沿。因此，切削刀具磨损严重。 自述 我最 主要 是向我的上司 王教授 致以深切的感谢 ，他不断的鼓励和 指导我 他的一贯指导和启发，本文不可能达到目前的形式。我还 衷心感谢我的朋友和我同学 抽出时间给我帮助 ， 并且帮助我在文章 出现困难的 期间 指 出我的问题 。 参考文献 1 2001. 2 . “of 4715822004. 3 M. et “ 110,
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