金属切削过程的数值模拟

呆头呆脑

　　陈文琳王荐李伟刘宁
　　合肥工业大学
6 c( |+ Y$ y+ q! h' l" b　　摘 要：基于数值模拟技术，利用有限元软件模拟了金属切削过程及切屑的形成;得到了不同丁件材料的切屑形态、切屑上应力应变和等效应力的分布，以及应变与切屑卷曲半径之间的关系;分析了等效应力、应变以及剪切应力的大小与分布对切屑形态和断屑的影响，得出切屑E应力、应变的不均匀分布是导致切屑卷曲的主要原因。该结论与切削理论相吻合，为高速切削塑性金属的断屑研究提供了依据。
　　关键词：正交切削，切屑，数值模拟，弹一粘塑性，有限元
　　1引言
　　金属切削加工过程是被切削金属层在刀刃和前刀面的作用下，经过挤压和滑移形成切屑的过程。切屑的形态、尺寸、颜色以及硬度都反映了被加工材料和切削条件对滑移变形的影响。在高速切削塑性金属时，如不采取适当的卷屑和断屑措施，容易形成连绵不断的带状切屑12J，并会缠绕在工件或刀具上，有可能拉伤工件表面或打坏刀具，甚至危及操作者的安全。因此，对卷屑问题的研究不但具有重要的理论意义，而且在生产实践中也具有重要价值。过去，对切屑的研究主要通过实验方法∽J，但该方法耗资大、周期长、成本高。将有限元分析软件应用于金属切削加工过程的模拟研究较好解决了这一问题。
　　本文利用有限元分析软件模拟了二维弹一粘坦性金属正交切削的过程。为了避免刀具穿透工件而进入工件表层，导致出现与实际切削不相符的情况，采用了距离准则来判断网格穿透情况，并自动对畸变网格进行重划分，最后得到了对不同含碳量的碳钢进行切削加工时的切屑形态以及应力应变分布等信息。

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金属切削过程的数值模拟
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