外文翻譯--有限元模擬的高速硬車削 中文版.doc

外文資料名稱：Onthefiniteelementmodellingofhighspeedhardturning外文資料出處：IntJAdvManufTechnol附件：1.外文資料翻譯譯文2.外文原文指導(dǎo)教師評(píng)語：簽名：年月日(用外文寫)有限元模擬的高速硬車削A.G.MamalisJ.KundrakA.MarkopoulosD.E.Manolakos秦飛躍譯摘要本文介紹了采用有限元法的模擬高速硬車削。近幾年，高速硬車削已經(jīng)成為切削淬硬鋼時(shí)非常有效的加工方法。這種最新方法的優(yōu)勢(shì)是不僅保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，還降低了加工時(shí)間、成本，同時(shí)也環(huán)保。它被稱為第三次商業(yè)浪潮的計(jì)劃，目前已應(yīng)用于實(shí)踐。該方案為模擬線切割用戶提供許多設(shè)計(jì)和分析的操作。本文提出的正交切削模型，同時(shí)考慮了模型的工藝參數(shù)及實(shí)驗(yàn)相關(guān)結(jié)果。此外還討論建造了斜切割模型的高速硬車削。從報(bào)告可以得出該方法能用于工業(yè)生產(chǎn)。關(guān)鍵字加工有限元方法硬車削1導(dǎo)言硬車削加工操作用于加工硬質(zhì)材料，如淬硬鋼。隨著對(duì)高品質(zhì)制造元件的需求越來越大，硬質(zhì)鋼成為現(xiàn)代金屬切削加工中使用最廣的材料之一，如齒輪、軸、軸承、模具類似零件的材料。制造切割工具是用專門的工具材料，如立方氮化硼亞硝酸鹽（立方氮化硼），這種材料能克服在加工過程中遇到的問題1。這些刀具可以在惡劣條件下對(duì)鐵基材料進(jìn)行硬車削，即使在高溫下，它們也具有良好的性能，可以高速切割和干切削2；由于不使用切削液，這樣可以節(jié)省購買和處置切削液費(fèi)用，從而降低了成本。干切削因?yàn)槠浼庸み^程的特點(diǎn)而具有環(huán)保性。此外經(jīng)證實(shí)高速硬車削大大地節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間。硬車削作為一種先進(jìn)的技術(shù)被廣泛的應(yīng)用，同時(shí)它也是一種不可替代的過程，因?yàn)橹鸩綀?zhí)行硬車削可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)或是非傳統(tǒng)的整理業(yè)務(wù)繁瑣過程；如電火花加工（電火花），在硬加工部分，都等于或優(yōu)于傳統(tǒng)加工，它不僅能保證了精確度，而且具有良好的靈活性同時(shí)節(jié)省大量的時(shí)間，降低成本4-7。但是現(xiàn)代工業(yè)所采用的硬車削的程度并沒有象我們認(rèn)為的那么多，主要是由于以下的問題：快速刀具的磨損或破裂，加工時(shí)刀具產(chǎn)生的高壓和高溫會(huì)導(dǎo)致加工結(jié)果很差8。作為一種新型的加工方法，它需要進(jìn)一步加以研究、優(yōu)化，而大多數(shù)研究工作卻僅限于實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不過這種新型的硬車削利用數(shù)值模擬能夠?yàn)楣ぷ鬟M(jìn)程提供有用的數(shù)據(jù)，從而更好地理解加工的過程。特別是有限元法（FEM），目前已廣泛應(yīng)用于對(duì)加工過程分析和加工過程切削性能的預(yù)測(cè)。有限元法是一種非常強(qiáng)大的工具切割分析技術(shù)的方法，它可以應(yīng)用于高速硬車削。在本文中介紹的有限元法，是以模擬高速硬車削為例，考查切削速度在切削性能上的影響以及預(yù)測(cè)切割操作中關(guān)鍵的加工參數(shù)，其中一些數(shù)據(jù)有時(shí)很難測(cè)量或計(jì)算，對(duì)此我們要特別的重視。例如，溫度對(duì)工件加工過程的影響。硬車削是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的切削過程，切削條件與傳統(tǒng)的加工方法不同。為此出現(xiàn)了有限元法的第三次浪潮，它專門用于模擬切割操作，為模擬硬車削建立了正交和斜切割模型。2有限元模型在參考文獻(xiàn)9-10可以找到過去的三十年來，各種模擬使用有限元方法加工過程的報(bào)告。出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代第一種型號(hào)利用歐拉公式模擬正交切割。通過這一辦法的有限元網(wǎng)格的空間固定和充滿其中的材料以模擬形成該模型的信息。這種模式減少計(jì)算時(shí)間，由于一些內(nèi)容需要為工件建模和分塊，它主要用于模擬穩(wěn)態(tài)條件下的切削過程。因?yàn)榫W(wǎng)格是一種清楚先驗(yàn)所以圖形要素不會(huì)嚴(yán)重失真，但這一提法需要復(fù)雜的編程。此外必須在加工前得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并為該模型了確定存儲(chǔ)在芯片的幾何形狀。但是這方法僅僅被一些研究人員所使用，現(xiàn)在已提出最新的拉格朗日方法得到了更廣泛的使用。此方法中，理論聯(lián)系切削工具材料，加工適合加工的工件。對(duì)于切屑的形成，刀刃切屑分離標(biāo)準(zhǔn)仍然是適用的。迄今為止提出了許多關(guān)于幾何尺寸或物理性能的標(biāo)準(zhǔn)，例如工具和刀具之間的一個(gè)臨界距離，當(dāng)?shù)毒哌_(dá)到這一臨界距離工件上接近刀刃部分的材料就會(huì)分離這就是切屑的形成。其他有關(guān)分離的臨界值標(biāo)準(zhǔn)例如開始形成切屑的應(yīng)力或應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)，甚至提出了裂紋擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)。這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)就是在仿真時(shí)要觀察大型網(wǎng)格的變形。由于網(wǎng)格是附著在工件材料上的而塑性變形發(fā)生在切削區(qū)所以網(wǎng)格會(huì)發(fā)生扭曲。為了克服這一缺點(diǎn)通常采用連續(xù)格和自適應(yīng)網(wǎng)格，這大大增加了計(jì)算時(shí)間。不過由于計(jì)算機(jī)的進(jìn)步使減少所需的時(shí)間達(dá)到這樣的分析水平成為可能。注意所有的拉格朗日-歐拉公式（ALE）都是為了結(jié)合這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)而提出的，但是它還沒有得到廣泛的應(yīng)用。迄今提出的大部分模型都屬于正交切削的二維模型，而有關(guān)3D模型在文獻(xiàn)很罕見。這主要是因?yàn)楸M管三維切割更接近實(shí)際，但是它需要更為復(fù)雜的工件、復(fù)雜的刀具幾何形狀和力學(xué)性能數(shù)據(jù)，還有更多的計(jì)算時(shí)間。特別是研究硬切削更加的困難。下面提供發(fā)達(dá)國家應(yīng)用用第三次浪潮軟件的模式，該軟件適合加工仿真特殊功能的集成。它菜單的設(shè)計(jì)方案采用的方式能使用戶能夠最大限度地減少模型的準(zhǔn)備時(shí)間。此外還包括了常用的切割作業(yè)中工件和刀具材料了的數(shù)據(jù)庫，提供所有需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的材料模型。代碼是明確的動(dòng)態(tài)的可以執(zhí)行熱力耦合瞬態(tài)分析拉格朗日代碼。該計(jì)劃適用于為微元和工件結(jié)網(wǎng)自動(dòng)重新網(wǎng)格化并給予準(zhǔn)確的結(jié)果。為分析討論數(shù)值模擬所使用的技術(shù)方案和全面的職能介紹見參考16。3結(jié)果與討論3.1正交切削模型正交切削示意圖如圖1。垂直在平面的切削的厚度用數(shù)字表示，在平面應(yīng)變情況下，它被認(rèn)為是比較大的進(jìn)給厚度。本次分析的工件材料是氫13熱變形磨具鋼，其長度是采取L=3毫米。用材料是立方氮化硼的刀具來模擬刀具磨圖1正交切削模型原理圖損，界面摩擦采用庫侖摩擦法，摩擦系數(shù)保持在設(shè)定值=0.5。分析時(shí)切削刀具，采用-5前角，5角后角和0.02毫米圓角。此外，進(jìn)給速度都采用F=0.05毫米/圈，切割速度考慮采用3種不同速度，即Vc=200，250和300mm/分鐘。圖2（a）切削前的網(wǎng)格（b）切削一半（L=1.5mm）時(shí)的網(wǎng)格圖2（a）和（b）表述的是Vc=300mm/min情況下切削