基于DEFORM的金属车削加工分析及其切削参数优化文献综述

 2023-11-25 09:11

文献综述

1.国内外研究现状及发展趋势

金属切削加工过程的研究方法在目前主要有实验研究方法和理论研究方法以及有限元仿真研究方法。常用的实验研究方法包括快速落刀法、扫描电镜显微观察法、光弹性(塑性)法以及X射线法等。理论研究方法最常用的有滑移线场分析法、上限分析法以及几何建模分析法等。有限元仿真包括Lagrange方法,Eider方法和Arbitray Lagrange-Euler方法,它们在近几十年得到了极大的发展,是研究金属切削过程的有效方法。伴随着有限元方法理论的不断完善和计算机硬件、软件水平的进一步发展,研究者们己经着手在计算机上模拟切削加工的过程。

目前国际上对金属切削过程有限元模拟方面的研究较为深入,金属切削过程的研究方法已经从最初的简单的剪切平面法发展到更加复杂的有限元方法。而金属切削过程的有限元分析主要是建模,在金属切削过程的建模方法中,有限元法代表着最新的趋势[1]。它利用大变形塑性理论,数值解技术及计算机计算能力的飞速发展,几乎能模拟金属切削过程的各个方面,从而更为细致的揭示切削过程。同时MATLAB作为一款优秀的数据处理软件,在最优化问题求解方面,有着其它软件无法比拟的优势,成为目前最主要的寻找最优解工具。目前,实现切削用量的优化主要优化过程是先以数学方法为基础,建立一个数学优化模型,然后运用数学方法和计算机结合优化。武美平等以最大加工生产率优化目标建立优化数学模型,利用MATLAB优化数据箱对相关优化参数作了求优处理。李建广以最低生产成本为目的,采用罚函数方法把约束条件直接置于数学模型中对模型进行求解的车削用量优化。

1.1国外切削过程有限元模拟研究

自20世纪70年代起,Okushima[2]、Kiamichi[3]和Tay[4]等人开始应用有限元法进行加工过程模拟研究,有限元切削过程模拟技术已经取得了巨大进展,其中,Kiamichi最早在切削过程建模中引入了有限元技术,系统地分析了金属切削中切削形成的原理,Tay使用有限元方法分析在二维正交切削中第一变形区和第二变形区的温度分布情况。

在1980年,Lajczok [5]在对切削加工中的一些主要问题的研究中采用有限元方法来分析切削工艺。Usui等人[6]首次提出刀具几何形状,变形流线、刀面剪切角等来预测一些参数,如应力、应变和温度等。Carroll[7],Strenkowski[8]和Tyan[9]等人首先在稳态金属正交切削仿真中使用了Euler有限元模型。

近些年来,有限元切削过程模拟技术已经取得了巨大的进展,Sekhon[10]、Marusich[11]等人应用修正的拉格朗日法和网格重画分来模拟切削形成过程中刀尖周围材料塑性流动,避免使用人为的材料分离准则,并且简化了材料分离机制。Shet等人[12]运用临界应力分离准则和节点分离来模拟初始切削形成状态的切削过程。

随着计算机和有限元数值技术不断发展,切削加工有限元模拟在三维模型方面也有很大的进展。Guo等人[13]建立了三维斜切削加工有限元模型,模拟了硬车削AISI 52100钢的加工过程,合理的预测了切削几何形状,切削温度,切削力和残余应力分布。

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