金属切削加工过程的有限元数值模拟

运用有限元方法对切削过程进行数值模拟,分析不同切削速度在切削加工过程中对切削温度及切削力的影响,从而有助于深入了解加工过程,合理选择加工工艺参数。     

金属切削加工过程的有限元模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺,其中切屑成形是一种典型的大变形问题,它涉及到材料非线性、几何非线性以及状态非线性问题。基于材料变形的弹塑性理论,建立了材料的应变硬化模型。采用有限元仿真技术,对所建立的模型进行了有限元分析,得到了剪切角,并分析了切削深度和刀具前角对残余应力的影响,从而指导加工中工艺参数的选择,提高零件的加工质量。     

金属正交切削工艺的有限元模拟

切削加工是一种重要的金属制造工艺 ,其中切屑成形是一种典型的大变形问题 ,它涉及到材料非线性、几何非线性以及边界非线性问题 ,在高速切削加工过程中 ,还会涉及到热力耦合问题。本文针对典型的正交切削工艺 ,建立了平面应变模型 ,工件采用了弹塑性材料模型 ,而刀具采用的是考虑温度变化的刚性材料模型。利用商业化软件DEFORM-2 D,对所建立的模型进行了有限元分析 ,得到了切屑成形、温度分布、切削力变化以及残余应力等结果。将部分结果与文献中介绍的实验结果做了比较 ,发现他们是吻合的     

正交切削加工温度场的有限元仿真分析

本文简述了切削加工切削热的产生于传导,基于有限元仿真技术分析了正交切削加工过程的温度场分布,并对结果进行了后置处理与分析,结果表明有限元仿真技术的分析结果对研究切削加工过程有较好的辅助作用。     

正交切削加工有限元模型的建立及其关键技术

基于几种假设的基础上,建立了金属正交切削加工的热力耦合的有限元模型,并分析了正交切削有限元模拟涉及的关键技术。     

金属切削过程中晶体塑性变形的有限元分析

基于金属材料塑性变形理论,利用有限元分析软件,建立了金属切削过程中的晶体变形模型,对二维正交金属切削过程中的晶体塑性变形进行了数值模拟。将仿真结果与实验数据进行了对比,验证了相关理论和模型的有效性。     

有限元仿真技术在金属切削加工中的应用进展

得益于计算机和有限元技术的迅速发展,有限元仿真技术已经成为研究切削加工工艺及机理的重要手段。介绍了金属切削加工有限元仿真模型,从高速切削、刀具表面微织构、微切削,以及切削参数与刀具几何优化等方面论述了有限元仿真技术在金属切削加工中的应用进展,并展望了未来的发展方向。     

基于热力耦合模型的金属切削过程有限元分析

基于有限元理论和热力耦合模型的研究,通过讨论切削过程中的关键技术,主要包括切削加工有限元方程的建立：构件材料的Johnson-Cook本构模型;切屑分离准则;材料断裂准则;接触摩擦模型;切削热的产生和分布;残余应力的分析和切削力的比较分析等,建立了二位金属切削过程模型,通过采用粘结．滑移摩擦模型,有效地模拟了航空钛合金的切削加工过程,对此类材料加工的切削力、切屑温度以及应力场和应变的分布进行了分析。     

基于ALE方法的金属切削过程有限元研究

ALE方法是结合拉格朗日法与欧拉法特点的一种网格自适应方法,在金属切削过程的有限元模拟中,该方法可及时对网格进行重新划分,保证分析中网格的质量。ABAQUS软件内嵌有ALE技术。论述了ALE网格划分区域的控制及ALE过程的控制,对40CrNiMo材料的切削过程进行了模拟仿真。     

SIMULATION OF CHIP FORMATION IN ORTHOGONAL METAL CUTTING PROCESS: AN ALE FINITE ELEMENT APPROACH

Lagrangian and Eulerian finite element formulations have been traditionally used for modeling of the orthogonal metal cutting process. In this paper it is shown that a more general formulation, the arbitrary Lagrangian-Eulerian method (ALE), may be used to combine the advantages and avoid the drawbacks of both methods in a single analysis. Due to the characteristics of the cutting process, ALE formulation offers a very efficient modeling approach for the cutting process. A comprehensive ALE model along with strain rate and temperature dependent constitutive equations and a contact/friction algorithm is used to analyze the thermo-elasto-plastic process of plane strain orthogonal cutting. Simulation results for cutting of low carbon free cutting steel are presented and compared with available experimental data obtained under similar cutting conditions. Good agreement between the numerical and experimental results is observed.     

不同条件下的正交切削温度场的数值分析

建立正交切削加工过程中的传热数学模型,基于Lagrange描述法和有限元法对正交切削的温度场进行数值计算,应用Deform有限元分析软件对不同加工材料、不同切削前角以及不同切削参数下的切削过程进行仿真,得出影响温度场的变化规律.研究结果表明,切削过程的热量主要由材料的塑性变形和切屑与刀具的摩擦产生的,在不改变材料属性的前提下,通过调整切削参数和刀具的形状来降低切削过程的温度,并给出具体刀具前角大小的温度影响分布曲线,为切削加工过程的优化提供参考依据.     

FINITE ELEMENT MODELING OF BURR FORMATION IN ORTHOGONAL CUTTING

A finite element model for orthogonal cutting is developed and applied to simulate burr formation. Three typical workpiece materials were investigated. The simulation results reveal the entire burr formation process. The simulation produces either positive or negative burrs depending on the material properties, which is in agreement with experimental observations from literature. Both shear and normal stress failures are presented for negative burr formation while only shear stress failure leads to positive burr formation. The FE modeling results confirm that material property is the dominant factor in controlling burr formation.     

三维板料成形过程的有限元分析

基于有限变形理论建立了三维金属板料成形过程的弹塑性有限元数学模型。数学模型采用物质坐标系中的Total Lagrange描述、J 2型本构方程和等向强化假设,考虑了板料的厚向异性,对于金属板料与模具的摩擦定律。为简化计算采用薄膜单元。为了改善节点接触状态变化时计算的收敛性,提出了“弹性边界层”方法。采用根据此模型编制的程序模拟了机油收集器基本件的成形过程,并与试验结果进行了比较。     

DEFORMATION ANALYSIS OF SHEET METAL SINGLE-POINT INCREMENTAL FORMING BY FINITE ELEMENT METHOD SIMULATION

Single-point incremental forming （SPIF） is an innovational sheet metal forming method without dedicated dies, which belongs to rapid prototyping technology. In generalizing the SPIF of sheet metal, the deformation analysis on forming process becomes an important and useful method for the planning of shell products, the choice of material, the design of the forming process and the planning of the forming tool. Using solid brick elements, the finite element method（FEM） model of truncated pyramid was established. Based on the theory of anisotropy and assumed strain formulation, the SPIF processes with different parameters were simulated. The resulted comparison between the simulations and the experiments shows that the FEM model is feasible and effective. Then, according to the simulated forming process, the deformation pattern of SPIF can be summarized as the combination of plane-stretching deformation and bending deformation. And the study about the process parameters＇ impact on deformation shows that the process parameter of interlayer spacing is a dominant factor on the deformation. Decreasing interlayer spacing, the strain of one step decreases and the formability of blank will be improved. With bigger interlayer spacing, the plastic deformation zone increases and the forming force will be bigger.     

预应力硬态切削加工过程的有限元数值模拟研究

基于预应力切削的原理,建立预应力硬态切削42CrMo钢的正交切削热力耦合有限元模型,采用剪切断裂失效准则、单元删除和任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian Eulerian, ALE)方法实现切屑的分离.研究工件材料的本构关系、切屑分离标准、刀屑接触面的摩擦模型以及热传导方程等切削模拟中的关键技术,得到不同预应力大小对加工表面残余应力的影响关系;将数值模拟结果与实验数据进行比较,两者具有较好的一致性.     

正交切削高强耐磨铝青铜的有限元分析

采用热力耦合、平面应变、连续带状切屑的切削模型模拟了高强耐磨铝青铜的正交切削加工过程。采用增量步移动刀具的方法,结合有限元分析软件Marc的网格重划分功能,模拟了刀具从初始切入到切削力和切削温度达到稳态的切削加工过程,获得了不同切削深度和切削速度下的切屑形态、温度、应力、应变和应变速率的分布。并将模拟计算得到的切削力和切削温度与试验结果进行了比较,两者具有较好的一致性。     

缩口过程的刚塑性有限元分析

考虑到材料应变硬化和摩擦边界条件等,应用刚塑性有限元法分析窗口过程,得出用不同模角缩口时工件的应力、应变分布和变形情况,讨论了模角对变形力和等效应变速率、静水压力分布的影响。对刚塑性有限元计算的结果与试验结果进行比较,并提出缩口的最佳模角。     

压电驱动微泵泵膜振动有限元分析

以压电驱动微泵泵膜为研究对象,分析了压电复合泵膜膜片的弹性曲面微分方程,建立了泵膜膜片有限元数值模拟的模型,对泵模膜态进行了计算和分析,模拟并分析了驱动电压、泵膜压电层半径与泵膜单晶硅层半径之比、单晶硅层厚度、压电层厚度对泵膜位移的影响。所作研究为压电驱动微泵的优化设计提供了理论依据。