含硬质点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

通过使用有限元法来模拟切削过程不仅可以克服传统实验方法的费时以及费用昂贵的缺点，还可以从模拟结果中得到很多实验难以得出的材料力学特性以及物理特性，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。本课题是以含杂质单晶铜二维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。本课题是为了研究含杂质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

涂层硬质合金刀材是在韧性较好的硬质合金基体上，利用化学气相沉积法（CVD）或物理气相沉积法（PVD)在硬质合金基体上涂覆一层耐磨性高的难熔金属化合物而成。陶瓷刀具具有很高的硬度和耐磨性，其化学性能稳定，摩擦系数低且价格低廉。刀具结构和几何参数的改进，是研究开发高效、高精、高耐用度的刀具的重要手段。一般来说，对刀具结构要做到夹紧定位快速、准确、可靠，刀具精度和刚性高。切屑控制是金属切削加工中的重要课题，在切削加工仿真中，通过切屑形成过程仿真，可以预测切屑的类型、流向及对切削加工过程的影响，实现切屑控制。有限元网格划分的基本原则包括网格数量、网格疏密、单元阶次、网格质量、网格分界面和分界点、位移协调性、网格布局、节点和单元编号。

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概念；（3）刀具材料的选择及特点；（4）含硬质点单晶铜材料的特点；（5）车削过程的特点。研究计划:第1周至第2周(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，通过查阅资料了解含硬质点单晶铜材料的特点，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(4.13~~5.3)对含硬质点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(5.4~~6.7)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(6.8~~6.21)准备毕业设计答辩。

4. 研究创新点

1）采用有限元软件ABAQUS进行含杂质点塑性材料的切削力、温度场及切屑形态的仿真分析；（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）可以观察到含硬质点单晶铜在切削仿真下切屑的形成过程。