单晶铜二维车削过程的有限元分析开题报告

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。本课题是以典型的塑性材料车削过程的有限元仿真为例，来使用有限元方法对切削过程的中的切削力、切削温度和切屑形态进行分析与仿真。本课题是为了研究塑性材料切削及微切削过程有限元仿真的理论及方法，加深学生对刀具、工件材料以及切削过程的理解，培养学生掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽学生的知识面和提升学生的专业技能。

2. 国内外研究现状分析

随着科学技术的飞速发展,塑性材料在现代诸多高技术行业领域，特别是在光学、航天、航空及电子科学领域中具有十分重要的作用,而且通常对工件的表面温度和加工精度有比较高的要求。近些年来，国外众多学者使用有限元仿真分析的方式进行塑性材料切削过程的研究。例如，美国的m.r.lajczok应用的有限元方法研究切削加工中的主要问题，初步分析切削工艺；Schmidt等用有限元法对高速切削下刀具磨损进行预测，通过商业有限元软件ABAQUS对连续性切屑形成过程建模，从切屑形成初期阶段、切屑生长到切屑形成三个阶段来模拟连续型切屑形成过程，通过热传导分析得出稳态刀具的温度分布。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，例如，李德宝采用ANSYS研究金属在正切削时金属表面加工硬化的深度问题；张华采用ANSYSLSDYNA建立金属切削过程三维有限元模型。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。

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ABAQUS软件的使用；2.刀具各项几何参数的概念；3.刀具材料的选择及特点；4.单晶铜材料的特点；5.车削过程的特点。研究计划:第1周至第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。第3周至第6周(3.7~~4.3)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铜材料的特点，切削过程的特点，选择刀具材料，定义刀具各项几何参数。为中期检查做准备。第7周至第9周(4.4~~4.24)对单晶铜切削过程的有限元模型进行实际的计算，并得到具体结果，将这些结果进行分析比较。第10周至第14周(4.25~~5.29)撰写设计说明书，完成设计说明书准备答辩。第15周或第16周(5.30~~6.12)准备毕业设计答辩。

4. 研究创新点

（1）采用有限元软件ABAQUS进行温度场的仿真分析；（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）可以观察到单晶铜切削仿真下切屑的形成过程。