【摘 要】
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该文基于大变形的有限元法,利用通用的商用有限元软件(Deform3D和Marc)数值模拟了铜合金的超精密切削过程.主要研究了在超精密切削过程中切削力、切削热、残余应变和残余应力
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该文基于大变形的有限元法,利用通用的商用有限元软件(Deform3D和Marc)数值模拟了铜合金的超精密切削过程.主要研究了在超精密切削过程中切削力、切削热、残余应变和残余应力的相关影响因素,这对深入理解超精密的微切削机理具有积极的意义.首先,建立了金属切削的三维仿真模型,并成功实现了三维切屑形成过程的仿真.研究了正交直角切削和斜角切削时,形成不同形状的切屑对切削过程中产生的切削力的影响.因为二维切削仿真不能模拟斜角切削的情况,所以斜角切削仿真能更深入地了解超精密切削的实质.第二,在超精密切削中采用两种摩擦模型来模拟刀具与切屑之间的摩擦,通过对仿真所得的结果与前人的实验结果进行对比分析可知,采用粘结-滑移摩擦模型更能真实地反映刀-屑之间的真实摩擦状态.并采用不同摩擦系数进行了仿真计算,结果表明在超精密切削仿真时取摩擦系数μ=0.3左右比较合理.第三,对有限元仿真得到的结果进行回归分析,分别建立了切削力、切削热、残余应变和残余应力的预测方程,分析了刀具几何参数、切削用量对切削力、切削热、残余应变和残余应力的影响.最后,在哈尔滨工业大学自行研制的KDP超精密机床上进行了一系列的超精密车削实验,测量得到超精密切削过程中切削力的大小,并与仿真结果进行了比较分析.结果表明,在同样的切削条件下切削力的实际测量值与理论仿真值误差不超过30﹪,这说明利用有限元法预测超精密车削将要产生的切削力是可行的.
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