铝合金拉削成型过程的有限元仿真开题报告

1. 研究目的与意义

本课题是以铝合金拉削的仿真分析为例，来使用有限元方法对二维拉削过程的切削力、切削温度及切屑形态进行分析与仿真。本课题是为了研究塑性材料机械加工及微切削过程有限元仿真的理论及方法，加深对刀具、工件材料以及切削过程的理解，学习并掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽我们的知识面和提升我们的专业技能。

2. 国内外研究现状分析

国外研究概况： SooSL AspinwallDK和DewesR应用基于拉格朗日方程的商业化有限元软件ABAQUS，建立了球头铣刀高速端铣Inconel718材料的三维有限元模型，对不同切削速度下的切屑形态、切削力和温度分布进行仿真。OhbuchiaYObikawabT建立了基于热和应变率工件材料流动应力特性的正交切削加工的热弹塑性有限元模型，对刀具前角为负的条件下绝热剪切过程中切屑成形进行了仿真。

国内研究概况：清华大学的方刚和曾攀针对典型的正交切削工艺建立了平面应变有限元模型，利用DE-FORM2D对切屑成型、温度分布、切削力变化以及残余应力等进行了有限元分析。浙江大学的柯映林、成群林、黄志刚及杨勇等人基于切削加工的热弹塑性有限元方程，研究了切屑分离标准、刀屑界面的摩擦模型以及热控制方程等切削加工仿真所涉及的关键技术，提出了几何应力切屑分离标准，建立了金属正交切削加工的热力耦合有限元模型。山东大学艾兴、李剑峰、孙杰等人研究了切削力对薄壁零件加工变形的影响，基于有限元变形理论、虚功原理和修正的拉格朗日公式建立了热弹塑性本构方程、工件与切屑分离模型和刀屑接触擦模型，对航空铝合金7050T7541切削加工过程中的切屑形态、切削力、切削热及应力、应变场的分布进行了有限元仿真。

3. 研究的基本内容与计划

本课题主要内容为铝合金拉削过程的有限元仿真，要求得到：拉削过程的切削力曲线、切屑的形成及形态、温度场分布等仿真结果，并对典型拉削过程中的不同物理现象做理论分析。

研究计划:

第1周-第2周(2.21~3.6) 熟悉任务，收集资料，了解任务书和撰写开题报告。

4. 研究创新点

根据拉削过程切削仿真的特点，合理的选择刀具材料、刀具前角、后角、切削用量等参数；

铝合金的材料本构模型为johnson-cook剪切失效模型；

合理的选用切屑分离准则，并对不同分离准则的优缺点做理论分析。