[發(fā)明專利]基于多工步的金屬切削加工過程的三維有限元仿真方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910073791.3 | 申請日： | 2019-01-25 |
| 公開（公告）號： | CN109783968B | 公開（公告）日： | 2021-02-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 宋世平;劉昊;趙軍 | 申請（專利權(quán)）人： | 山東大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/17 | 分類號： | G06F30/17;G06F30/23;G06F119/08;G06F119/14 |
| 代理公司： | 濟南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219 | 代理人： | 陳桂玲 |
| 地址： | 250061 山東*** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 多工步 金屬 切削 加工 過程 三維 有限元 仿真 方法 | ||
1.一種基于多工步的金屬切削加工過程的三維有限元仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)根據(jù)被加工工件的幾何參數(shù)和切削參數(shù)建立工件的三維模型，切削參數(shù)包括進給量和切削深度；根據(jù)工件材料的特性設(shè)置工件的材料參數(shù)，包括密度、彈性模量、泊松比、熱導(dǎo)率、比熱容、熱膨脹系數(shù)、非彈性熱份額以及工件的JC本構(gòu)模型和JC損傷失效模型；
(2)根據(jù)刀具參數(shù)建立不同刀具的三維模型，刀具參數(shù)包括前角γ0、后角α0、切削刃鈍圓半徑r以及刀具的長a、寬b、高c，并將刀具設(shè)置為剛體；
(3)將所建立的工件和不同刀具的三維模型按照實際加工條件進行裝配，移動工件和刀具的相對位置；
(4)設(shè)置第一工步中刀具切削工件過程的分析步，采用動態(tài)熱力耦合分析，根據(jù)切削速度和工件長度設(shè)置切削時間，對切削力和切削溫度的輸出參數(shù)進行設(shè)置，設(shè)置重啟動的相關(guān)參數(shù)；
(5)對建立的模型進行網(wǎng)格劃分，其中工件的三維模型采用六面體網(wǎng)格，刀具的三維模型采用四面體網(wǎng)格，對工件的被切削部分和刀具的刀尖部分進行網(wǎng)格加密；
(6)設(shè)置第一工步中刀具切削工件過程中的接觸屬性和邊界條件；
(7)將模型第一次提交運算，保存計算結(jié)果，從中提取切削時的切削力和切削溫度；
(8)將第一次運算的結(jié)果導(dǎo)入模型，作為第一工步中卸載過程的初始條件；
(9)設(shè)置第一工步中刀具與工件卸載時的分析步、重啟動參數(shù)、接觸屬性和邊界條件，卸載時刀具與工件不發(fā)生接觸，邊界條件保持工件固定，設(shè)置刀具速度約束，使刀具退出，將模型提交進行重啟動計算；
(10)將上一步的計算結(jié)果再次導(dǎo)入模型，作為第一工步中刀具與工件冷卻過程的初始條件，設(shè)置刀具與工件冷卻時的分析步、重啟動參數(shù)、接觸屬性和邊界條件；接觸屬性中設(shè)置切屑、工件、和刀具表面與空氣間的對流換熱；邊界條件中去除工件的固定約束；將模型提交進行重啟動計算，保存計算結(jié)果，提取第一個工步的殘余應(yīng)力；
(11)將上一步的計算結(jié)果導(dǎo)入模型，作為第二工步中切削過程的初始條件；
(12)設(shè)置第二工步中刀具切削工件時的分析步、重啟動參數(shù)、接觸屬性和邊界條件，除刀具速度和進給量改變外，其它設(shè)置條件同步驟(6)，將第二工步的模型提交進行重啟動計算，重復(fù)步驟(7)-(10)，提取第二個工步切削力、切削溫度和殘余應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多工步的金屬切削加工過程的三維有限元仿真方法，其特征在于：所述JC本構(gòu)模型：
式中：A為材料在參考應(yīng)變率和參考溫度下的屈服強度；B和n為應(yīng)變強化系數(shù)；C為應(yīng)變率敏感系數(shù)；m為溫度軟化系數(shù)；σeq為等效應(yīng)力；εeq為等效應(yīng)變；為無量綱等效塑性應(yīng)變率，為參考應(yīng)變率；T*＝(T-Tr)/(Tm-Tr)，為無量綱溫度，Tr、Tm分別為參考溫度和材料的熔點，T為當(dāng)前溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多工步的金屬切削加工過程的三維有限元仿真方法，其特征在于：所述JC損傷失效模型：
式中：D為損傷參數(shù)，D＝0～1，初始時D＝0，當(dāng)D＝1時材料失效，Δεp為一個時間步的塑性應(yīng)變增量；εf為當(dāng)前時間步的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變率和溫度下的破壞應(yīng)變，破壞應(yīng)變的表達式為：
為無量綱等效塑性應(yīng)變率，為參考應(yīng)變率；T*＝(T-Tr)/(Tm-Tr)，為無量綱溫度，Tr、Tm分別為參考溫度和材料的熔點，T為當(dāng)前溫度，D1、D2、D3、D4、D5為材料參數(shù)，σ*為應(yīng)力三軸度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多工步的金屬切削加工過程的三維有限元仿真方法，其特征在于：所述步驟(5)中對工件的被切削部分進行網(wǎng)格加密是使網(wǎng)格尺寸小于0.05mm。
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