开题报告-基于ABAQUS的切削过程刀具磨损仿真

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1、本科毕业论文（设计）开题报告论文（设计）题目基于ABAQUS的切削过程刀具磨损仿真学生姓名学号指导教师一、摘要以往，人们对金属切削过程以及刀具切削性能的研究主要是利用切削试验的方法获取，该方法不仅加大了生产强度，且增加了成本。为了提高刀具寿命以及切削产品特别是精密和超精密切削的生产效率和加工质量，需要深入研究刀具磨损机理，分析并预测刀具的磨损情况。但是，利用传统的解析方法，很难对刀具磨损机理、刀具寿命进行定量的预测、分析和研究。本次将对近些年刀具磨损仿真的研究现状、关键技术进行介绍。这项工作的主要目的是提出一种新的方法来预测在切割过程中刀具磨损的操作。特别是，能源的消耗，连接刀具磨损量与摩擦消

2、耗所使用的能量。另外，在诱导切削残余应力和由于磨损的机理使工具几何形状变化之间的相互作用做调查。为了进行这项研究中，它被提交到刀具磨损的测量实验中，特别是在失量切割中。正交切削操作使用商用有限元软件ABAQUS/ Explicit的数值模拟。二、国内外状况 1.国外状况ABAQUS有限元软件由美国ABAQUS公司研制开发，在国际上被公认为是功能最强的非线性有限元软件之一，可以分析各种力学系统，特别是能够处理非常复杂的力学问题和模拟高度非线性问题。1940 年，Merchant、Piispanen 和Lee and Shaffer最早进行金属切削机理研究，且最早提出了切削角分析模型，应用此模型来

3、分析切屑在生成过程中的角度与刀具前角的关系。直到20 世纪70 年代，有限元法才最早被应用于切削工艺的仿真，与其他传统方法相比大大提高了切削加工过程分析的精度。切削过程中，刀具在切除工件多余材料的同时，其本身也会被磨损。当磨损达到一定程度时，刀具便会失效报废。刀具的磨损不但与切削参数有关，且与刀具工件的化学、物理性能有关。近年来，通过开展许多刀具磨损的预测工作，使用Deform2D有限元软件，模拟了切削AISI1045钢时硬质合金刀具的磨损情况，结果表明：以粘结磨损为机理建立的Usui模型能够较好地预测刀具的磨损，但是刀具寿命预测值（后刀面磨损VB）较试验值要低。分析认为，其仿真模型中工件被设

4、定为刚塑性体，这就忽略了材料回弹对后刀面磨损的影响，导致后刀面与工件几乎没有接触，从而造成后刀面磨损计算值与试验值的差别较大。如果后角稍大则后刀面几乎不存在磨损，这与实际刀具磨损规律不符。ABAQUS/CAE是ABAQUS的交互式图形环境。在运用其进行一个模型分析的大致流程为：首先通过本身的建模功能或通过其他的CAD软件中导入将要分析的几何模型，并将其分解为便于网格化分的若干区域，应用它可以方便的构造模型，然后对生成的几何体赋予物理或是材料特性以及所受到的载荷和边界条件。ABAQUS具有对几何体划分网格的强大功能，并可检验所生成的几何模型。模型生成后，ABAQUS/CAE就可以提交、监视和控制

5、分析作业，通过相关的设置得到自己想要的结果。此外，刀具磨损的有限元预测需要有一个稳定的温度场以及刀具单元及节点的调整。通过调整传热系数h，获取了较好的刀具温度场分布，模拟中采用了Takeyama&Murata改进的扩散磨损模型，预测了刀具前、后刀面的磨损进程。2.国内状况现有磨损模型可分为两个类型：第一种是切削参数、刀具寿命型，这样的泰勒公式，第二个是切割过程中的变量通常是基于一个或若干磨损机制。这个模型无力的，因为，一方面，磨损现象被建模为不连续的现象的时间而不是真实的情况。在另一方面，它是在实施的的限制磨损机理，即磨损问题降低到1或2的磨损机制。 磨损接触的现象说明了通过形成之间的关系微动

6、系统碎片和摩擦中消耗的能量。这个耗能是更加可控制在接触区中使用量方面。这种方法是实验性的，一个摩擦磨损试验机，用于量化接触力的值，然后将能量耗散因摩擦以及与它链接遗失的能量耗散在这个区域。随着计算机技术的迅速发展，有限元在工程分析中的作用已从分析、校核扩展到优化设计并和计算机辅助设计技术相结合，正在逐步达到其性能的最佳化状态。21 世纪以来，随着计算机等技术的进一步发展，研究人员对于金属切削过程有限元仿真的研究依旧继续，国内专家学者也开始了这方面的研究。台湾科技大学的学者进行了超精密的NiP 合金正交切削研究，分析了切削速度和切削厚度对残余应力的影响，在模拟前对单向拉伸试验的数据回归分析，得到

7、材料流动的应力公式，并且考虑到热力耦合效应，建立热弹塑性有限元模型。2001 年，建立了切削加工中摩擦力随压力变化的有限元模型，研究它对残余应力的影响。2002 年，对三维金属切削过程的模拟进行了深入研究，建立了切削仿真的二维和三维切削模型。他们采用了网格自适应重划算法( adaptive remeshing algorithm) 解决刀屑接触区局部单元所产生的大变形问题，得出切削过程工件和刀具的温度场、Von Mises 应力分布等，模拟了切屑的形成过程。2003 年，宋金玲采用三角单元划分网格，使用Von Mises 屈服准则和Prnadil uesS 材料流动定律，分析切屑的弹塑性变形和

8、受力情况，建立了金属切削过程中形成连续稳定切屑的二维模型。2004 年，邓文君等人建立了高强度耐磨铝青铜的正交切削二维模型，采用热力耦合方法，形成的是连续切屑。利用有限元分析软件MAC 的网格重复技术，对刀具开始切削至切削温度达到一个稳定状态的切削过程进行了有限元仿真，分析了在不同的切削速度和切削深度下应力、应变、温度、应变速率以及切屑形状。2005 年，闫洪等人对H13 淬硬模具钢精密切削工艺参数对刀具性能和切削质量的影响做了研究。2006 年，卢树斌采用DEFOM 软件建立了二维和三维金属切削模型，研究了金属高速切削机理，模拟了高速切削下切屑的形成过程，并对刀具的磨损状况进行了预测。200

9、7 年，刘胜永等讨论了二维切削中摩擦系数对切屑变形、切削温度等的影响。2008 年，张磊光等人建立了金属切削三维热力耦合刚粘塑性有限元模型，通过采用不同的刀 屑摩擦系数对三维金属切削过程进行模拟，分析了摩擦状况对切屑变形、剪切角、主切削力、切削温度和刀具磨损的影响，并讨论了模拟参数中摩擦系数的选取问题。2012 年，钟小宏等人建立了整体硬质合金铣刀铣削薄壁件的有限元模型，分析了工件铣削加工后残余应力，并对薄壁件加工变形进行了预测。另外，在现代力学、计算数学等学科的促动下，有限元法已经成为一个具有巩固理论基础和广泛应用的数值分析工具，在国民经济建设和科学技术进步中发挥着巨大作用。鉴于有限元在应用

10、中的通用性和重要性，不少国家编制了大型通用的计算机程序，如：COSMIC/NASTRAN、MSC/NASTRAN(大型综合有限元软件)、SAP-NONSAP(线性与非线性有限元通用软件)、ADINA（非线性结构分析通用软件）、ANSYS(有限元分析系统)、ABAQUS(线性与非线性有限元通用程序)、ASKA(大型综合通用有限元软件)、MARC(大型综合非线性有限元软件)等。我国科研机构或是高校也根据自己的实际情况开发了一些有限元分析软件，例如，吉林大学车身与模具研究所自主开发的KMAS软件，大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室开发的JIFEX系统，航空工业部623研究所开发的HAJIF-

11、I、II主要用于航空结构静力学、动力学的非线性分析等。三、研究内容学习ABAQUS仿真软件，利用所学理论和专业知识，根据切削过程，建立切削有限元仿真模型，再利用有限元分析软件生成有限元模型，利用有限元软件对高速切削加工进行模拟，并对得到的结果进行分析。通过对切削进行有限元仿真，很好的分析了切削速度对切削温度、切削应力、以及切削力的影响，通过对分析结果的总结与分析，对切削过程中刀具的磨损过程进行仿真。四、研究方案及步骤调研，查阅有关文献资料，清楚切削过程，并学习ABAQUS软件；根据切削过程和特点，分析切削过程有限元仿真模型的难点；在ABAQUS仿真软件中建立切削过程模型；进行切削过程仿真；对切

12、削过程中刀具受力情况进行分析；根据主要任务详细安排论文进度。五、论文提纲第1章 摘要第2章 金属切削理论和刀具磨损理论 2.1金属切削的发展历史 2.2金属切削理论2.3刀具磨损理论第3章 加工件和刀具基本物理属性以及材料性能 3.1工件和道具的基本设置与装配 3.2工件和刀具对应参数的设置第4章 加工件的切削及其加工过程的数值仿真与分析 4.1加工件的切削参数4.2 切削速度对切削温度、切削应力和切削力的影响4.3 结果分析第5章 切削过程刀具磨损的仿真与分析5.1 仿真分析 5.2 改进优化 5.3 展望结论与展望参考文献致谢六、参考文献1金东勇 ZgiBee技术在智能家居控制系统中的应用

13、 太原理工大学 2008年2游运喜 智能家居中的视屏采集和分析技术研究 湖南大学 2013年3付珊珊 基于ARM的智能家居管理终端的研究与实现 安徽理工大学 2014年4赵建华，师振伟 嵌入式Web服务器在智能家居控制控制系统的实现 西安工业大学 2013年5中国论文网 浅谈智能家居的发展 2014年6吴列宏，杨威，孟亚洁 国内外智能家居市场发展状况浅析 中国移动广东公司，工业和信息化部电信研究院 2016年指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价，并提出指导意见）： 该生对近些年刀具磨损仿真的研究现状、关键技术进行介绍。学习ABAQUS仿真软件，利用所学理论和专业知识，根据切削过程，建立切削有限元仿真模型，通过对切削进行有限元仿真，得到所要研究的结果。选题符合实际需要并且时间安排十分合理，同意开题！指导教师签名： 2017年 12 月 26 日毕业论文工作组意见及建议 工作思路较为清晰，同意开题！毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指导教师签署意见，经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题。 2.此表随毕业论文装订并由学院存档。