基于DEFORM-3D的金属切削毛刺仿真分析
基于DEFORM3D的ADI切削力有限元仿真_徐青山
件的流动应力，其表达式为：
σ=（A+Bεn）（1+Clnε觶 *）（1-（T*）m）
（1）
来稿日期：2012-04-16 基金项目：江苏省工业支撑项目（BE2011076）；苏州市技术专项项目（ZXG201131） 作者简介：徐青山，（1985-），男，江苏丹阳，硕士，主要研究方向：先进制造技术
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1 引言
具磨损和工艺系统变形，影响加工精度和表面质量。
等温淬火球墨铸铁 （Austempered Ductile Iron，以下简称 2 DEFORM 3D 切削仿真
ADI）是球墨铸铁经过等温淬火热处理后得到的一组机械性能范 2.1 有限元模型的基本参数
围很宽的高级铸铁。ADI 具有强度高，韧性好，耐低温，抗磨损，吸 震和降噪声性能好，综合性能优良，密度和抗拉强度的比值低以 及生产成本低、经济效益等众多独特的优点。ADI 是一种在球墨 铸铁的运用基础上发展起来的值得大力推广的优良工程材料。由 于 ADI 的高强度、高硬度和高韧性的确使其在机加工时切削刀 口受到更高的应力，对机加工造成一定困难[1-2]。因此，对 ADI 进 行切削过程有限元仿真计算，可以减少实际试验过程中的成本， 也为实际的机加工提供一定的理论依据。
第2期
机械设计与制造
2013 年 2 月
Machinery Design ＆ Manufacture
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基于 DEFORM 3D 的 ADI 切削力有限元仿真
徐青山，郭旭红，万东东
（苏州大学 机电工程学院，江苏 苏州 215021）
摘 要：为更好的研究金属材料的切削加工过程，以 DEFORM 3D 软件为平台，利用有限元法对等温淬火球墨铸铁的切 削进行了建模与仿真，分析得到了切削速度、切削深度、进给量对切削力的影响规律。通过有限元法计算刀具的切削力， 得出了切削力分别在不同切削深度和不同进给量下的变化规律，并以试验数据为基础，将仿真数据和传统经验公式的计 算数据进行对比与分析。研究结果表明，影响切削力的主要因素是切削深度，其次是进给量，影响最小的是切削速度。 关键词：DEFORM 3D；ADI；切削力；有限元法 中图分类号：TH16；TG51 文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2013）02-0035-04
基于DEFORM_3D的钛合金切削过程有限元仿真
80
90
图5
fz = 0.7 mm/z 时切削速度对切削力的影响
说明了切屑的形成过程。通过 DEFORM- 3D 模拟的结果展示 了工件材料在刀具的作用下发生变形， 产生切屑， 切屑逐渐与 工件分离， 并发生卷曲变形的过程。
表 3 和表 4 为背吃刀量 ap、 每齿进给量 fz 和切削速度 Vc 对切削力 Fy 影响程度的数据分析。
觶
觶觶 觶 觶觶
m
（1 ）
式 （1 ） 中， A、 B、 n、 C 和 m 是由材料自身决定的常数； Tm 为材料的熔点； Tr 为室温； ε 0 为参考应变速率；等号右边第一 部分表示应变 ε 对流动应力 σ 的影响，第二部分表示应变速 率 ε 对流动应力 σ 的影响，而最后一部分表示温度 T 对流动 应力 σ 的影响。 本文中 TC4 材料模型采用的 J- C 模型为： 軈 軍 =觶 軈)0.375 觶 σ · 1+0.0394 ε 968.88+567.17(ε 觶 ε0 代分析得来的。
700
500
300
20
40 60 切削速度 Vc(m/min)
80
图4
1600 切削力 Fy(N)
fz = 0.3mm/z 时切削速度对切削力的影响
ap=0.5mm ap=1mm
1100
2
仿真及结果分析
图 2 中的显示了刀具切削加工过程的仿真过程，同时也
600 20
30
40
50 60 70 切削速度 Vc(m/min)
钛合金 TC4 的物理力学性能参数[3]
泊松比 0.307 热膨胀系 热导率 λ 比热容 c 数 w(m/K) [w(m/K)] [J/(gK)] 7.89 7.89 9.01 9.3 9.24 9.39 9.4 5.44 6.7 8.79 10.47 12.56 14.24 15.49 0.678 0.691 0.703 0.741 0.754 0.879
基于Deform-3D的20CrMnTi钢同步齿套铣削工序仿真分析
摘 要：采用Deform-3D有限元软件建立20CrMnTi钢同步齿套铣削仿真模型，分析了不同切削参数对切削仿真结果的影
响。得到了不同轴向切深、切削速度及每齿进给量下的切削力分布规律，为20CrMnTi钢同步齿套铣削过程的研究和铣削工
艺参数的优化提供理论参考。
关键词：同步齿套; 工艺参数优化; 铣削; 20CrMnTi钢; Deform-3D
机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
基于Deform-3D的20CrMnTi钢同步齿套 铣削工序仿真分析
李东方1， 杨海波2， 林玉珍1， 黄林波3 （1.衢州职业技术学院 机电工程学院，浙江 衢州 324000；2.北京科技大学 机械工程学院，北京 100083；
3.浙江万里扬股份有限公司，浙江 金华 321000）
reference for the research of milling process and optimization of milling process parameters of 20CrMnTi steel synchroniz原
er sleeve.
Keywords: synchronizer sleeve; process parameter optimization; milling; 20CrMnTi steel; Deform-3D
University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3.Wቤተ መጻሕፍቲ ባይዱnliyang Co., Ltd., Jinhua 321042, China)
Abstract: The simulation model of 20CrMnTi steel synchronizer sleeve milling is established by Deform-3D finite element
基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要钛合金具有出色的机械性能和良好的惰性化学性能，使得钛合金在飞机、火箭、轮船、医疗器械等领域有着广泛的运用。
但是，钛合金材料的出色物理和化学特点，也让其加工困难成为行业内出名的材料。
本设计通过deform-3D有限元模拟软件对车削钛合金的加工过程进行仿真模拟，建立出钛合金的刀具的几何模型，材料模型，刀具磨损模型。
对刀具的几何参数和车削要素进行分析，选择相对应的三个参数，通过正交设计实验方法设计车削模拟得出相应的模型方案。
通过DEFORM-3D软件对得出的参数方案，进行分析，得出结果。
通过对结果数据的分析,发现切削刀具的几何参数和切削用量对钛合金加工时的切削热度和切割力都有影响;当切削要素不变时,刀具角度上的前角对切削力的影响最大,后角和容屑槽大小几乎不影响;前角和后角对切削温度的影响几乎相等,容屑槽最小。
当刀具拥有相同的几何参数时,影响切削热度和切削力度最大的因素切割速率，随后是进给速度，进给深度最小。
关键词：容屑槽尺寸；前角；后角；切削力；刀具几何参数；钛合金目录1 绪论 (1)1.1本设计的目的、意义 (1)1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 (2)1.3本设计应解决的主要问题 (3)2基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析 (3)2.1有限元模型的建立 (4)2.2刀具几何参数对切削力，切削温度影响的三维正交实验设计 (8)2.2.1 钛合金的车削参数选择 (8)2.2.2 正交设计变量的确定 (9)2.2.3正交试验设计方案 (9)2.2.4后处理结果对比分析 (10)2.2.5数据分析处理 (13)2.3切削用量对切削温度和切削力影响的三维正交试验分析 (15)2.3.1 钛合金的车削参数选择 (15)2.3.2 正交设计变量的确定 (15)2.3.3正交实验安排 (16)2.3.4后处理结果对比分析 (16)2.3.5数据分析处理 (20)3结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (24)1 绪论在上世纪50年代初，钛合金被开发成为一种结构重要的金属，是具有出色的机械性能和良好的惰性化学性能的金属。
Deform—3D在金属塑性成形原理教学中的应用研究
Deform—3D在金属塑性成形原理教学中的应用研究作者：程亮孙凌燕陈逸来源：《山东工业技术》2018年第19期摘要：针对《金属塑性成形原理》内容抽象、理论较多，现有的教学设计无法弥合抽象理论知识与工程实际应用间的“割裂”这一课程特点，本文提出了基于有限元模拟软件Deform-3D强大的建模和后处理功能，以其在抽象概念的形象化、塑性加工过程的演示等方面的应用为要点，通过实例介绍了该软件在课程设计中的重要作用。
关键词：Deform-3D；金属塑性成形原理；课程设计DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.19.1980 引言《金属塑性成形原理》是材料成型及控制工程专业的一门重要的专业基础课，不仅涵盖了材料成形中广泛应用的基本原理，而且与实际工程问题密切相关。
通过该课程的学习，学生需掌握金属塑性变形的原理和变形规律，为后续的专业核心课程——《冲压成形工艺与模具设计》、《锻造成形工艺与模具设计》等的学习打下基础，也为制订合理的塑性成形工艺奠定理论基础。
该课程内容抽象，概念与专业术语较多，涉及大量的数学推导及应力分析，需要学生具备良好的《高等数学》、《线性代数》和《材料力学》基础，教学难度倍增，即使在教学中使用案例法、演示法等教学方法，学生仍然反映教学内容枯燥，学得吃力。
这一方面与受教育群体所发生的变化有关，95后大学生作为一个特殊群体，在学习特征方面呈现出不同于前代90后的特点，理论学习能力较弱；另一方面现有的教学设计仍然无法弥合课程中抽象理论知识与工程实际应用间的“割裂”。
1 教学思路作为一门承前启后的专业基础课，《金属塑性成形原理》的重要性可见一斑，如何有效地组织课堂教学，帮助打着网络时代烙印95后学生高效地利用课堂时间和课外碎片时间进行学习，成为教学设计过程中必须要考虑的问题。
为此，笔者提出采用有限元仿真技术作为教学的辅助手段，借助有限元仿真软件强大的后处理和动画功能，帮助学生直观地感受和追踪坯料在塑性加工过程中的应力应变分布的演化规律。
金属切削加工过程的有限元建模与仿真
江苏大学硕士学位论文金属切削加工过程的有限元建模与仿真姓名：吴勃申请学位级别：硕士专业：计算机科学与应用指导教师：蔡兰20060301４．２切屑形成过程的仿真模型的构造大部分国内的切屑形成过程的有限元仿真都采用的是２．Ｄ模型‘蚓脚’，２．Ｄ有限元模型仅仅适合于萨交切削的仿真，在研究车削、刨削等切削加工时，必须对切削情况进行限定和简化，不仅视觉效果差，更重要的是仿真的范围受到极大的限制，因此，有必要发展３．Ｄ有限元模型来仿真切屑形成过程。
本部分主要采用３．Ｄ有限元模型仿真在正交切削和制刃切削条件下的切屑形成过程，为进一步对各种切削加工方法进行有效的有限元仿真奠定基础。
４．２．１几何模型的建立与网格划分本章主要研究刀具切入工件丌始到稳态切削这段过程的仿真。
采用三维有限元模型进行模拟，所建立的几何模型如图４．６所示。
网格划分可采用三维六面体网格，也可以采用三维四面体网格。
幽４６网格划分图４．２．２材料属性的定义金属材料非线性的本构关系主要分为以下四种类型，即弹塑性、刚塑性、弹粘塑性、刚粘塑性。
有限元模拟的准确性很大程度上取决于本构关系能否真实反映材料的真实特性。
在金属切削有限元仿真中，采用弹塑性材料模型时，既有塑性变形又有弹性变形，较为符合会属切削过程的真实情况。
本课题中，为了保证仿真结果的更接近于实际情况，工件材料选用弹塑性模型，而刀具属性定义为刚性。
为了与实验结果进行比较，工件材利根掘需要选择相应材料。
与实验加工的材料相对应，输入丁Ｆ交材料属性（杨氏模量、泊松比、材料密度等），以及ＪｏｈｎｓｏｎａｎｄＣｏｏｋ的经验模型公式中的参数Ａ、Ｂ、ｎ、Ｃ和ｍ。
江苏人学硕十学何论文４．２．３施加约束与载荷假定工件在切削过程中为无限长。
而在仿真模型中的工件不可能很长，否则计算效率会很低，必须用长、高都不大的工件代替，用必要的约束来模拟真实工件的边界条件。
当研究切屑形成过程中的现象时。
女ｎＸ，ｊ应力、应变、应变率和温度进行研究，以及对切屑卷曲现象进行研究时。
金属切削过程模拟的有限元仿真
金属切削过程模拟的有限元仿真摘要: 本文在建立车削三维有限元模拟基础上，运用有限元对车削过程中车削的变形系数，工件与刀具的温度分布，切削力进行了模拟，并对结果进行了分析讨论。
该模拟的结果对实际工作有重要的现实作用。
关键词：切削 有限元 模拟1 绪 论1.1本课题的研究背景1.1.1微电子等领域突出的散热问题在现代工业领域，有很多专门用途的设备，它们的工作性能和工作效率取决于关键零件的结构和性能，如空气冷却器，热交换器的散热管，激光器热辐射表面，环保设备的过滤表面，螺纹表面等等。
我们把这类起特定作用的表面统称为“功能表面”。
这些表面大多数采用组装式结构（套装、镶嵌、钎焊、高频焊）、切削、滚压等方法加工。
早在19世纪中期，Jone 就提出在管内插入螺旋线以强化蒸汽的冷凝过程，从此人们就开始了在传热管等传热材料上进行翅加工技术的研究。
70年代出现能源危机，研究翅化管的加工技术及其强化传热机理有了进一步的发展，随着加工制造技术的不断进步，近20年来对强化换热元件的研究在化工、能源、制冷、航空、电子等工业部门有了很大的进展，各式各样的强化换热元件层出不穷，为提高传热效率作出了重要的贡献。
但是随着微电子及化工等领域，尤其是微电子领域对产品性能的无限追求，芯片集成度不断提高，带来致命的高热流密度，电子器件的冷却问题越来越突出。
英特尔公司负责芯片设计的首席执行官帕特-盖尔欣格指出，如果芯片耗能和散热的问题得不到解决，到2005年芯片上集成了2亿个晶体管时，就会热得象“核反应堆”，2010年时会达到火箭发射时高温气体喷射的水平，而到2015年就会与太阳的表面一样热。
目前芯片发热区域（cm cm 5.15.1 ）上的功耗已超过105W ，且未来有快速增加的趋势。
芯片产生的这些热量如果不能及时散出，将使芯片温度升高而影响到电子器件的寿命及工作的可靠性，因而电子器件的有效散热方式已成为获得新一代电子产品的关键科学问题之一。
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告(一)
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告(一)金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告挑战：金属难加工材料的切削加工•金属难加工材料的定义•高温、高硬度导致的切削困难•切削加工的关键问题方法：利用虚拟仿真技术进行分析•虚拟仿真技术的定义和优势•应用虚拟仿真技术分析金属难加工材料的切削行为•仿真模型的建立和参数设置结果：切削过程中的问题及研究成果•切削力的变化规律及影响因素•切削温度的分布和变化趋势•切削表面质量和切削力之间的关系讨论：刀具磨损与切削性能的关系•刀具磨损的原因和影响因素•切削力和刀具磨损的关系•如何通过优化切削参数延缓刀具磨损总结：虚拟仿真技术在切削加工中的应用前景•虚拟仿真技术的优势和局限性•未来发展方向和研究重点•为实际切削加工提供参考和决策依据金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告挑战：金属难加工材料的切削加工•金属难加工材料的定义–金属难加工材料是指具有高硬度、高强度和高耐磨性的金属材料，如钛合金、高速钢等。
•高温、高硬度导致的切削困难–由于金属难加工材料的硬度较高，切削时需要更大的切削力。
–高温会导致材料软化和脆性增加，使刀具损耗加剧。
•切削加工的关键问题–如何降低切削力和温度，提高切削效率和加工质量。
方法：利用虚拟仿真技术进行分析•虚拟仿真技术的定义和优势–虚拟仿真技术利用计算机模拟真实物理过程，可以减少实验成本、提高研究效率。
–通过虚拟仿真可以提前预测切削加工过程中的各种参数和结果。
•应用虚拟仿真技术分析金属难加工材料的切削行为–通过建立切削仿真模型，可以模拟金属难加工材料在切削过程中的变形、热力分布等行为。
–利用仿真结果可以分析切削力、切削温度和切削表面质量等参数的变化趋势。
•仿真模型的建立和参数设置–建立金属难加工材料的切削仿真模型。
–设置切削参数，如切削速度、进给速度和切削用量。
–调整模型和参数以获得准确的仿真结果。
结果：切削过程中的问题及研究成果•切削力的变化规律及影响因素–切削力随着切削速度的增加而增加，随着进给速度的增加先增加后减小。
基于DEFORM-3D的不锈钢切削力有限元仿真
涉及到材料学、 学、 力 热学 及摩擦学等相关 知识 。以
前， 学者 通 常通过 试 验和解 析 的手段 来研 究切 削过 程 ，
往往耗时 、 耗力 、 成本高 ， 难以精确测量切削力 、 应力应 变、 温度场分布等关键数据 ， 而计算机技术的飞速发展 使 得利 用有 限元 方法 来研 究 切削加 工成 为 了可能 ¨ 引。
内牌 号 为 ０ ｒ８ ｉ ＣｌＮ９不锈 钢 ） 。
金属切削过程中， 刀具切人工件 ， 使被加工材料发 生变形成为切屑所需要 的力称为切削力 ， 它包含主切 削力 、 进给力 和背 向力 ３ 部分 。因为主切 削 力 是计算车刀强度 、 设计机床零件和确定机床功率 的主要依据 ， 因此 ， 择主切削 力 作为研究 对象。 选 相关 的仿真参数见表 １ 。 表 １ 仿真切削参数表
体常应变单元划分网格 。通常在一些场变量变化梯度 较大的区域 ， 划分较为致密的网格 ， 反之则应划分较为
稀疏 的 网格 。
４ ２ 相关结果分析 ． 图２ 表示主切削力 仿真曲线。从图中可看 出， 主切削力 先由零线性增大至最大值 ， 然后减少并逐 步接近稳定 ， 这与实际的切削过程一致。当刀具 开始
削过程进行 了建模与仿真 ， 分析 Ｏ ｒ８ ｉ Ｃ ｌＮ９不锈钢的切 削力 变化 规律 以及切 削速 度和进 给量对其 切削 力的影响 ． 同理 并 论计算 结果进行对比验证。研究表明 ， Ｅ Ｏ Ｍ－Ｄ软件 所得仿 真数据与理论计 算结果吻合度 较高 ， 明仿真 结果具 有 ＤＦＲ ３ 说 较 高的可信 度 ， 系统 地研 究金 属的切削过程提供 了一种新 的途 径。图 ４表 １参 １ 为 ０ 关 键 词 ： 削加 工； Ｅ Ｏ Ｍ一Ｄ软件 ； 切 ＤＦＲ ３ 有限元仿 真； 削力 切
基于DDFORM3D的高速车削有限元模拟
自动化与控制６９基于ＤＤＦＯＲＭ一３Ｄ的高速车削有限元模拟赵雷ｔ邓远超，王军ｚ陈友平１（１．西华大学机械ｊ二程及其自动化学院，成都６１００３９；２．淄博市计量测试所，淄博２５５０３３）摘要：基于有限元分析软件ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ建立高速切削的切削力预报模型，并对车削力和工件、刀具及切屑的温度分布进行模拟。
该模拟结果对实际工作有现实的作用。
关键词：有限元高速切削切削力切削加工是机械制造行业中应用最广泛的金属成形］二艺，而目前由于高速主轴技术、直线电机技术、高速控制技术以及刀具技术的发展和进步，以加工的高速化实现加工的高品质、高效率已成为切削加工技术发展的重要特征。
而车削加工是各种切削方法的基础，因此本文就以高速车削加工进行具体分析。
对加工过程中，被加工金属材料的表面温度、切削力进行分析，为选择正确的刀具角度、刀具材料、切削用量和制定合适的加工工艺提供主要依据。
ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ是由美国的ＳＦＦＣ公司１９９８年推出的基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺三维软件。
设计人员和工程师通过仿真金属的变形过程，来预测变形过程中的金属流动，确定零件在变形过程中是否产生缺陷，预测设备压力和加工应力。
在要求精度较高的区域，可以划分较细密的网格，从而降低题目的规模，并显著提高计算效率。
Ｄｅｆｏｒｍ一３Ｄ的计算精度和结果的可靠性，被公认为国际成形过程模拟最理想的软件工具之一。
１用Ｄｅｆｏｒｍ软件分析工程实际问题（３１Ｄｅｆｏｒｍ３Ｄ包含前处理器（ＰｒｅＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、工具（ｔ００１）、模拟（Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）和后处理器（ＰｏｓｔＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）四个子模块，分别承担建模、计算与仿真和数据处理ｉ大功能。
通常Ｄｅｆｏｒｍ分析制造工程实际问题的顺序如下：（１）定义工程实际问题；收集所需的数据；（２）生成ＦＥＭ网格；生成一个ＤＥＦＯＲＭ数据库；（３）进行仿真；处理仿真结果。
ＤＥＦＯＲＭ３Ｄ—Ｖ５．０版中包含了切削分析模块Ｍａｃｈｉｎ—ｉｎｇ。