金属陶瓷刀具切削过程的数字模拟及几何结构、切削用量参数优化
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摘要
本文在自由直角切削过程分析的基础上，详细分析了二维金属直角切削过程，利用有限元的基本思想，建立了直角切削的有限元理论模型。基于大型有限元软件ANSYS平台，通过数值仿真技术，将直角切削过程(从刀具与工件接触到剪切角形成)精确而生动地模拟出来。借助这一模拟技术，通过对金属陶瓷刀具不同的几何角度进行有限元分析和计算，实现了不同切削条件下的切削过程的系列仿真，分析不同的几何角度参数下刀具的应力分布，选取合理的优化标准，设计出较合理的刀具结构及几何参数。根据上述选出的较合理的刀具结构及几何参数，对刀具在不同切削用量的条件下，进行切削实验，分别采用刀具使用寿命、切削力实验标准，基于优化技术对金属切削过程的切削用量优化。
The paper based on the analysis of the process of free orthodoxy metal cutting, analyzed the process of the two-dimensions metal cutting, utilized the fundamental idea of FEM, and established the FEM model of the orthodoxy cutting. Simulated the process of the orthodoxy cutting (through the cutting tool against the work contacts up to the shear angle taking shape) precisely and vividly through the technology of digital simulation which based on the large software ANSYS. By means of the technique, it is achieved the series simulation in various conditions by changing the cermet cutter's geometry parameters, and cutter structure & geometry parameters are reasonably designed through analyzing cutter' stress distribution of various geometry parameters and selecting optimization criterion. The cutting experiment is made in different cutting parameters conditions according to above reasonable structure & geometry parameters, and the cutting parameters of metal cutting process are optimized by the experiment criterion of cutter life and cutting force based on optimization technique.
The paper based on the analysis of the process of free orthodoxy metal cutting, analyzed the process of the two-dimensions metal cutting, utilized the fundamental idea of FEM, and established the FEM model of the orthodoxy cutting. Simulated the process of the orthodoxy cutting (through the cutting tool against the work contacts up to the shear angle taking shape) precisely and vividly through the technology of digital simulation which based on the large software ANSYS. By means of the technique, it is achieved the series simulation in various conditions by changing the cermet cutter's geometry parameters, and cutter structure & geometry parameters are reasonably designed through analyzing cutter' stress distribution of various geometry parameters and selecting optimization criterion. The cutting experiment is made in different cutting parameters conditions according to above reasonable structure & geometry parameters, and the cutting parameters of metal cutting process are optimized by the experiment criterion of cutter life and cutting force based on optimization technique.
引文
[1] 袁哲俊，金属切削实验技术，机械工业出版社，1988
[2] 张根保，先进制造技术，机械工业出版社，1996
[3] 赵吉文，金属切削过程计算机仿真及刀具几何参数优化，合肥工业大学硕士学位论文，2002
[4] 黄焱华，切削力学，机械工业出版社，1992
[5] 丛洪涛，金属切削加工过程的有限元分析，浙江大学硕士学位论文，2002
[6] 陆剑中，金属切削原理与刀具，机械工业出版社，1984
[7] 臼井英治[日]，金属加工力学，国防工业出版社，1984
[8] 周泽华，金属切削理论，上海科学技术出版社，1992
[9] 谢峰，刘正士，金属切削刀具前、后刀面摩擦状况的数值模拟，应用科学学报，2004
[10] 黄志刚，柯映林，王立涛，金属切削加工有限元模拟的有关技术研究，中国机械工程，2003．5
[11] 汪大年，金属塑性成形原理，机械工业出版社，1982
[12] 刘培德，切削力学新篇，大连理工大学出版社，1991
[13] 龚培康，汽车拖拉机有限元法基础，机械工业出版社，1997
[14] [美]JOHN ROBINSON，有限单元法的综合理论，人民教育出版社，1981
[15] [苏]B.A.奥斯塔费耶夫著，喻怀仁译，刀具动态强度计算，机械工业出版社，1982
[16] 王国强，实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践，西北工业大学出版社，2000
[17] 宴建武，金属切削过程仿真及基在切削参数优化中的应用研究，哈尔滨工业大学工学博士学位论文，1998
[18] J.Q.Xie，吴希让译，有限元分析建模和模拟金属切削时剪切区切屑形成，国外金属加工，1998．9
[19] ANSYS说明书，美国ANSYS公司，1999
[20] 谭建国，使用ANSYS6.0进行有限元分析，北京大学出版社，2002
[21] 周泽华，金属切削原理(第二版)，上海科学技术出版社，1994
[22] 袁哲俊，金属切削实验技术，机械工业出版社，1988
[23] 牛哓明，有限元法与优化技术相结合的方法与应用，精密工程，1995．12
[24] 倪正顺，CAE方法中的优化技术及应用，现代机械，2002．2
[25] 李旗号，张春来，ANSYS软件中优化技术在CAE中的应用，制造业自动化，2003．9
[26] Kug Weon Eim, Hyo-Chol Sin. Finite Element Method and
Thermo-Viscoplastic Cutting Model in Manufacturing Systems. CRC Press LLC.
[27] 全代伦，基于ANSYS硬齿面刮削刀盘结构参数的优化，青岛建筑工程学院学报，2003．2
[28] 陈日耀，金属切削原理，机械工业出版社，1985
[29] 孙国正，优化设计及应用，人民交通出版社，1992
[30] 郁永熙，丁惠梁译，实用优化技术，北京科学出版社，1985
[31] 臼井英治[日]，金属加工力学，国防工业出版社，1984．
[32] 刘源灿，金属切削原理，上海科学技术文献出版社，1985
[33] 谢峰，纳米改性金属陶瓷刀具的研制及其几何参数的数字化设计，合肥工业大学博士学位论文，2004
[34] 许育东，刘宁，纳米改性金属陶瓷刀具切削参数优化，合肥工业大学学报，2001．8
[35] 陶乾，金属切削原理，中国工业出版社，1965
[36] 华南工学院、甘肃工业大学，金属切削原理及刀具设计(上册)上海科学技术出版社，1980
[37] 肖诗纲，刀具材料及其合理选择(第二版)，机械工业出版社，1990
[38] 北京市《金属切削理论与实践》编委会，金属切削理论与实践(下册第一分册)，北京出版社，1980
[39] 钱昌明，纳米改性金属陶瓷刀具几何参数和切削用量优化，合肥工业大学硕士学位论文，2002
[2] 张根保，先进制造技术，机械工业出版社，1996
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[21] 周泽华，金属切削原理(第二版)，上海科学技术出版社，1994
[22] 袁哲俊，金属切削实验技术，机械工业出版社，1988
[23] 牛哓明，有限元法与优化技术相结合的方法与应用，精密工程，1995．12
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[25] 李旗号，张春来，ANSYS软件中优化技术在CAE中的应用，制造业自动化，2003．9
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[37] 肖诗纲，刀具材料及其合理选择(第二版)，机械工业出版社，1990
[38] 北京市《金属切削理论与实践》编委会，金属切削理论与实践(下册第一分册)，北京出版社，1980
[39] 钱昌明，纳米改性金属陶瓷刀具几何参数和切削用量优化，合肥工业大学硕士学位论文，2002