塑性材料三维圆周铣削过程的有限元仿真开题报告

1. 研究目的与意义

采用有限元法来模拟切削过程不但克服了传统的实验方法的费时、费用昂贵的缺点，还可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性，如：加工工件表面和切屑的温度场分布、应力分布、应变分布和残余应力分布等。本课题是以典型的脆性材料精密车削过程的温度场仿真为例，来使用有限元方法对切削过程的工件材料表面、刀具表面以及切屑的温度场进行分析与仿真。本课题是为了研究脆性材料精密及超精密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，掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽知识面和提升专业技能。

2. 国内外研究现状分析

有限元法作为一种最有效的数值方法，在工程实际应用中得到了广泛的发展，随着科学技术的进步,塑性材料在现代诸多高技术行业扮演着越来越重要的角色,而且得到了越来越多的应用，取得了很好的成绩，而且通常对塑料的表面温度和加工精度有比较高的要求，要想取得更好的结果，必须不断深入研究，获取最好的结果。近些年来，国外众多学者使用有限元仿真分析的方式进行脆性材料切削过程的研究。近几年，国际上对塑性材料的有限元模拟更加深入，利用有限元进行了切削工艺的模拟，大大提高了切削过程分析的快捷性、直观性、精确性，比较全面的分析了切削行为。在20世纪80年代，Iwata、Osakada、Terasaka建立了刚-塑性有限元模型，比较全面的分析了稳态正交切削行为。与国外的研究状况相比，我国有关有限元仿真研究起步比较晚，存在着很大的差距，近年来随着有限元仿真的不断发展与应用，国内对于有限元仿真技术也得到了不断进步，例清华大学的方钢、曾攀采用的是有限元软件DEFORM-2D，建立正交切削工艺平面应变模型，研究切削力变化、切屑的成形、温度分布及工件残余应力分布等规律。总体来说，虽然国内对于有限元技术发展较快，但是与国外研究者相比，有限元仿真技术水平还比较低，还有很大的发展空间，需要不断探索，不断发展。

3. 研究的基本内容与计划

本课题对学生所学知识和技能的要求如下： （1）有限元基本理论及其软件使用； （2）刀具各项几何参数的建模； （3）刀具材料的选择及特点； （4）单晶硅材料的参数选择； （5）脆性材料切削过程温度场的有限元分析。

研究计划:第1周至第2周(3.2~~3.15) 熟悉任务，收集资料，了解任务书和撰写开题报告。

第3周至第6周(3.16~~4.12) 熟悉有限元软件（abaqus）， 着手为建模准备，通过查阅资料了解单晶硅材料的特点，切削过程的特点，选择刀具材料，定义刀具各项几何参数。

4. 研究创新点

（1）采用有限元软件Third Wave进行加工过程的仿真分析；（2）对有限元模型进行实际的计算，并得到关于应力、应变、温度场分布等具体结果；（3）可以观察到塑性材料三维钻孔加工仿真下切屑的形成过程。