切割过程建模及刀具磨损仿真
在切削过程中建模与仿真刀具的磨损
在切割过程中建模与仿真刀具的磨损摘要对于研究了不同刀具的磨损类型实验和分析方法仍然是主要方式。
数值方法和模拟的快速进步，联系到越来越强大的计算机的存在可能会使用有限元法研究刀具磨损。
这项工作的主要目的是提出一种新的方法来预测在切割过程中刀具磨损的操作。
特别是，能源的消耗，连接刀具磨损量与摩擦消耗所使用的能量。
另外，在诱导切削残余应力和由于磨损的机理使工具几何形状变化之间的相互作用做调查。
为了进行这项研究中，它被提交到刀具磨损的测量实验中，特别是在失量切割中。
正交切削操作使用商用有限元软件ABAQUS/ Explicit的数值模拟。
©2013的作者。
由Elsevier B.V. 发布。
根据第14届CIRP大会上的国际科学委员会负责选择和同行审查在会议的人的加工操作。
关键词：刀具磨损;数值模拟;切割;切屑形成;1.介绍、刀具磨损在加工操作中对经济有很大的影响同时也影响表面加工完整性。
事实上，刀具磨损影响刀具寿命和最终产物中的残余应力的质量。
对于这些raisons对刀具的磨损很多调查都能在文献[1-2-3]中找到。
刀具在正交切削下的磨损模拟的开发要么是验证磨损的机理。
要么是在这些模拟中，研究人员往往会更好地理解刀具磨损的残余应力对最终产物的影响[4]。
在一些研究[5-6]的在一个子程序实现刀具磨损模型，是相对的像磨损和扩散特定的磨损机理磨损。
因此，在本次调查中，具体机制被认为在很大程度上影响了磨损现象。
事实上，刀具的磨损受几个不同类材料的附着力、侵蚀、腐蚀、磨料和断裂。
在切割过程中，刀具几何形状的改变受刀具磨损的影响。
此更新的刀具几何形状主要是参照，在数值仿真，通过该工具面节点的运动[7]。
这个方法是使用一个特定的子程序的评估切削变量，如温度，正常压力，并且在正交切削模拟中每个节点工具滑动的距离。
在这之后，其他子程序启动征收节点的运动。
现有磨损模型可分为两个类型：第一种是切削参数、刀具寿命型，这样的泰勒公式，第二个是切割过程中的变量通常是基于一个或若干磨损机制[8]。
钛合金TC4高速切削刀具磨损的有限元仿真_陈燕
式中：G为材料常数；V为相对滑移速度。
1.2 粘结磨损
切削钛合金时，由于钛合金的亲和力大而使
摩擦表面的接触点容易相互粘结，在相对运动
下，带走刀具材料从而造成粘结磨损,而且刀-屑
接 触 长 度 小 ， 导 致 接 触 面 间 的 压 应 力 达 到 GPa
级，超过了工件材料的屈服极限，因此，切削钛
合金时其粘结磨损非常严重。针对粘结磨损，国
引用格式：Chen Y, Yang S B, Fu Y C, et al. FEM estimation of tool wear in high speed cutting of Ti6Al4V alloy. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2013, 34(x): xxx-xxx. 陈燕，杨树宝，傅玉灿，等．钛合金 TC4 高速切削刀具磨损的有限元仿真．航空学报, 2013, 34(x): xxx-xxx.
A
exp
⎛ ⎜⎝
−B T
⎞ ⎟⎠
(3)
式中： dWa 为滑移 dL 距离后的磨损量；而 σt 为刀 屑接触面上的正应力；A及B均为材料常数。方程
两边同除以磨损时间 dt ，则方程变为：
陈燕等：钛合金 TC4 高速切削刀具磨损的有限元仿真
3
dWa dt
=
Aσ
t
V
exp
⎛ ⎜⎝
−B T
⎞ ⎟⎠
(4)
由公式(4)可以看出，单位时间内的磨损量与
敛的特点，计算中使用网格重画的功能解决工件
变 形 严 重 的 问 题 。 钛 合 金 TC4 工 件 尺 寸 为
16×8mm，刀具与工件均设定为弹塑性体。工件
切削过程刀具磨损状态决策模型构建
切削过程刀具磨损状态决策模型构建下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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三维金属切削过程刀具磨损的有限元模拟仿真
三维金属切削过程刀具磨损的有限元模拟仿真随着我国航空航天、国防军事以及核工业领域的高速发展,高效切削在现代切削加工技术中具有重要的研究价值,其技术水平发展程度直接影响到机械加工的质量和制造成本,刀具磨损作为切削加工中不可避免的问题之一,如何控制刀具磨损进而延长刀具使用寿命具有重要的理论指导意义和应用价值。
本文具体研究工作为:1)探索切削过程中刀具磨损的现状及意义,分析国内外在金属加工方面的最新动态。
2)分析刀具主要磨损机理及特征,设计并进行金属切削刀具磨损试验,分析硬质合金刀具切削45钢时刀具磨损机理及刀具磨损形态。
3)探究当下刀具磨损率数学模型,结合金属切削实验推导适用于本课题的刀具磨损率数学方程进而建立相应的刀具磨损率模型,通过数理统计对不同切削条件下的刀具磨损率进行对比,探究切削过程中影响刀具磨损的主要因素。
4)分析探讨切屑分离准则,结合DEFORM有限元分析软件建立材料模型;通过控制切削条件以及槽型,分析切削条件与槽型变化对)刀具磨损的影响,进而得出影响刀具磨损的主要因素。
5)实验与仿真相结合,分析硬质合金刀具切削45钢时不同切削条件对刀具磨损的影响。
本文重点研究硬质合金刀具切削过程中,刀具表面应力、刀具表面温度以及刀具磨损率随切削条件以及槽型变化时的趋势,进而得出影响硬质合金刀具磨损的主要因素。
试验及仿真结果表明:切削速度、进给量与槽型变化对刀具磨损影响较大,背吃刀量影响相对较小。
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。
磨损问题的仿真求解研究
磨损问题的仿真求解研究摘要：本文研究了磨损问题的仿真求解，采用了有限元方法和数值算法对磨损情况进行了模拟和求解。
通过对磨损机理和影响因素的分析，建立了磨损数学模型，并从材料、运动状态等方面设计了仿真实验。
最后，利用ANSYS软件对仿真实验进行了模拟求解，得出了磨损量与工作时间的变化规律，并进行了分析和探讨，为磨损分析和寿命预测提供了参考。
关键词：磨损，仿真，有限元方法，数值算法，ANSYS一、引言磨损问题是材料科学领域中的一个重要问题，其研究对减少资源浪费、提高机械设备的使用寿命、降低维修费用、推动工程进步等方面具有重要的意义。
磨损是机械设备在使用过程中的一种自然现象，其机理复杂，涉及多种因素，如材料性质、摩擦力、运动状态等。
因此，为准确研究磨损问题，需要对其进行模拟和求解。
本文针对磨损问题进行了仿真求解研究。
首先，对磨损机理和影响因素进行了分析，并建立了磨损数学模型。
其次，从材料、运动状态等方面设计了仿真实验，并采用有限元方法和数值算法进行了仿真求解。
最后，利用ANSYS软件对仿真实验进行了模拟求解，并对结果进行了分析和探讨。
二、磨损数学模型建立磨损数学模型是研究磨损问题的重要基础。
在建立磨损数学模型时，需要考虑材料性质、运动状态、受力情况等多种因素。
本文基于磨损机理和影响因素的分析，建立了如下的磨损数学模型：$$W = kHd$$其中，$W$表示磨损量，$H$表示受力情况，$d$表示工作时间，$k$为比例系数。
该数学模型考虑了磨损与受力情况、工作时间、材料性质等因素的关系。
其中，受力情况是决定磨损量的重要因素，其受力情况的大小和方向都会对磨损量产生影响。
三、仿真实验设计为了验证磨损数学模型的有效性，本文利用有限元方法和数值算法对磨损情况进行了模拟和求解。
具体的仿真实验设计如下：1. 材料选择：本文选择了工程塑料作为材料，其具有良好的韧性和抗磨损性能。
2. 运动状态：本文采用了滑动摩擦运动状态，其运动状态为水平滑动，速度恒定，摩擦力为定值。
磨齿机的刀具加工与磨齿过程的仿真模拟
磨齿机的刀具加工与磨齿过程的仿真模拟在机械加工领域中，磨齿机是一种用于加工齿轮的重要设备。
齿轮作为一种常见的传动元件，广泛应用于各个工业领域。
磨齿机的有效运行与加工质量密切相关，因此刀具加工与磨齿过程的仿真模拟对于提高磨齿机加工效率和质量具有重要意义。
刀具加工是磨齿机生产中不可或缺的一步。
刀具的选择、安装和调整对于齿轮加工结果和性能起着决定性作用。
仿真模拟技术为磨齿机的刀具加工过程提供了一个非常有用的工具。
通过模拟不同刀具的加工效果，可以评估刀具的性能，并根据实际需求进行优化。
首先，仿真模拟可以帮助选择合适的刀具。
磨齿机刀具有不同的形状、材料和尺寸，每种刀具都适合不同的加工情况。
通过仿真模拟，可以模拟不同刀具的加工效果，包括切削力、表面质量等指标。
根据仿真结果，可以选择最适合的刀具，以提高加工效率和质量。
其次，仿真模拟可以辅助刀具的安装和调整。
刀具的准确安装和调整对于磨齿机加工的齿轮精度和寿命至关重要。
通过仿真模拟，可以验证刀具的几何和轴向参数对加工结果的影响。
通过调整刀具的参数，如切削角、刀具间隙等，可以得到更好的加工效果。
另外，仿真模拟可以预测刀具的寿命和维护周期。
刀具磨损是磨齿机加工中一个常见的问题，它会影响加工质量和切削性能。
通过仿真模拟，可以模拟刀具在加工过程中的磨损情况，并预测刀具的寿命。
根据仿真结果，可以制定合理的刀具维护计划，及时更换磨损的刀具，以减少加工中断和提高生产效率。
此外，刀具加工过程中，切削力的分布和变化对于磨齿机的正常运行起着重要作用。
刀具加工中的大、小切削力的变化，会对磨齿机的稳定性和加工结果产生很大的影响。
通过仿真模拟，我们可以分析刀具加工过程中的切削力，进而优化刀具的设计和加工参数。
通过减小切削力的变化范围，可以提高磨齿机的稳定性和加工质量。
最后，仿真模拟可以预测磨齿过程中的加工精度。
齿轮加工的质量要求通常很高，例如齿形误差、齿距误差等。
通过仿真模拟，可以预测磨齿过程中的加工精度，并找到影响加工精度的关键因素。
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告1. 简介•金属难加工材料指那些具有高硬度、高强度和高耐磨性等特征的金属材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷等。
•金属材料的难加工性严重影响了加工效率和质量，而切削及刀具磨损虚拟仿真技术可用于解决这一问题。
2. 金属难加工材料的特点•高硬度：金属难加工材料具有极高的硬度，使得切削时刀具与工件之间的摩擦和剪切力增大。
•高强度：金属难加工材料具有较高的抗拉强度和屈服强度，增加了切削时材料的塑性变形阻力。
•高耐磨性：金属难加工材料的表面具有较高的硬度和耐磨性，导致切削加工时刀具易受磨损。
3. 切削及刀具磨损虚拟仿真技术•切削仿真：通过建立切削过程的数值模型，仿真分析切削力、温度分布、变形等参数，为切削参数的选定提供指导。
•刀具磨损仿真：基于刀具磨损的机理，模拟切削过程中刀具表面的磨损情况，预测刀具寿命并优化刀具设计。
4. 仿真结果与应用•通过切削仿真，可以优化切削参数，减小切削力和温度，提高切削效率和加工质量。
•通过刀具磨损仿真，可以预测刀具寿命，合理安排刀具更换周期，降低生产成本。
•仿真结果可应用于金属难加工材料的切削加工过程优化和刀具寿命管理等领域。
5. 总结•切削及刀具磨损虚拟仿真技术为金属难加工材料的切削加工提供了新的解决方案。
•仿真结果可为制造企业提供更科学、高效的切削方案和刀具磨损管理策略。
•进一步研究和应用虚拟仿真技术可以不断优化金属难加工材料的切削加工过程，提高生产效率和质量。
6. 下一步研究方向•开发更精准的金属难加工材料的切削仿真模型，提高仿真结果的准确性。
•结合材料力学和热力学等理论，深入研究金属难加工材料的切削机理。
•发展更高效的刀具磨损仿真算法，准确预测刀具寿命。
•研究切削仿真与实际切削加工过程的关联，进一步验证仿真结果的可靠性。
7. 实际应用与展望•虚拟仿真技术在金属难加工材料的切削加工领域具有广泛的应用前景。
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２ ０ １ ６年 １ ２月
长 春 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ０１ ． ３７ Ｎｏ ． ６
统碎 片 和摩 擦 中消耗 的 能量 ＿ ６ ］ 。这 个 耗 能 可 控 制在 接触 区 中使用 量 方 面［ ８ ］ 。因 此 ， 文 中通 过 对
工 工 件 的质 量 ， 同时提 高 了加 工效 率 。
加 工 系统 刀具进 给 轨迹决 定 了刀具 和 工件 之
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — ０ ５ ２ ５ 基金项 目： 福 建 省 自然 科 学 基 金 项 目资 助 （ ２ ０ １ ５ Ｊ ０ １ ２ １ ５ ） ；福 建 省 中青 年 教 师 教 育 科 研 项 目（ Ｊ ＡＴ１ ６ ０ ６ ９ ２ ） ；集 美 大 学 诚 毅 学 院 青 年 科研基金科技类项 目（ Ｃ １ ６ ０ ０ １ ） 作 者 简 介 ：李 红 （ １ ９ ８ １ 一） ， 女， 汉族 ， 辽 宁 沈 阳人 ， 集美大学诚毅学院讲师 ， 硕 士， 主要从事先 进制造技术 （ 精 密 和 特 种 加 工 理 论 与 技术 ） 方 向研 究 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｗｓ ｗｈ ｑ ｋ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ． ｒ
２ ． Ｓｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｊ ｉ ｍｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｘｉ ａ ｍｅ ｎ ３ ６ １ ０ ２ １，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄｉ ｎａ ｔ ｉ ｏｎ ｄ ｕｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｃ ｕｔ ｔ ｉ ｎｇ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ， ｂｏ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｏｌ ｇｅ ｏｍｅ ｔ ｒ ｙ ｍｏ ｄｅ ｌ ａ ｎｄ ｃ ｏ ｎｔ ａ ｃ ｔ ｍｏｄ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ｂｕ ｉ ｌ ｔ ．Ｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ｏｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｏｌ ｗｅ ａ ｒ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ
ＬＩ Ｈｏ ｎ ｇ ， Ｗ ＡＮＧ Ｄａ ｚ ｈｅ ｎ ， ＹＥ Ｘｉ ａ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ
（ １ ． Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｙ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ，Ｊ ｉ ｍｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｘｉ ａ ｍｅ ｎ ３ ６１ ０ ２ １，Ｃｈ ｉ ｎ ａ
１ 刀具 加 工 系 统
在 传统 孔加 工 技 术 的基 础 上 ， 让 刀 具 和 工件 相 对位 置 之 间 存 在 固 定 方 向上 的 规 律 性 高 频 振 动， 目的是 使孔 加 工 过 程 中速 度 和 深 度 以及进 给 量 都 能够有 规 律地 控 制 ， 能够 在 很 大 程 度 上 减少
文 章编 号 ：１ ６ ７ ４ — １ ３ ７ ４ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ５ ４ ０ — ０ ４
Ｃｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｍｏ ｄ ｅｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｏ ｌ ｗｅ ａｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
切 削力 和加 工 中产 生 的温 度 ， 更 为 有 效 地 控 制加
人员 更好 地理 解 刀具磨 损 的残余 应力 对最 终产 物
的影 响［ ４ － ５ ］ 。
加工 过程 时 ， 刀 具 和 工 件 接 触 的过 程 以及 磨
损接 触 的现象 说 明 了通 过形 成之 间 的关 系微动 系
Ｄｅ ｃ ．２ Ｏ１ ６
ＤＯＩ ： １ ０ ． １ ５ ９ ２ ３ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ ２ ２ — １ ３ ８ ２ ／ ｔ ． ２ ０ １ ６ ． ６ ． ０ ５
切 割 过 程 建 模 及 刀 具 磨 损 仿 真
李 红 ， 王 大镇 ， 叶衔 真
（ １ ． 集 美 大 学 诚 毅 学 院 机 械 工 程 系 ，福 建 厦 ｆ － １ ３ ６ １ ０ ２ １ ；２ ． 集 美 大 学 机 械 工 程 学 院 ，福 建 厦 门 ３ ６ １ ０ ２ １ ）
摘 要 ：在 切 割过程 中的刀具 加工 系 统 坐标 系建 立 了工件 几 何模 型 和 接 触模 型 ， 进 行 了切 割 过 程 以及 刀具 磨损 的仿真研 究 。 关键 词 ：刀具磨 损 ；数值 模 拟 ；切 割 ；切屑 形成
中 图分类 号 ：ＴＨ １ ６ ４
文献 标 志码 ： Ａ
切 割过 程 中刀具和工 件 的摩 擦 作用 问题 进行 建模
仿 真研究 ， 分 析 了刀具 在切 割 时 的磨 损 变化情 况 。
切割 作用 下 实 验 零 件 的 加 工 成 型 】 ＿ ３ ＿ 。对 于 这 些
刀具 的磨 损 已经 开 展 了很 多 调 查 ， 这 有 助 于 研 究
ｈｅ ｒ ｅ ．
Ｋｅｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ｔ ｏ ｏｌ ｗｅ ａ ｒ ；ｎ ｕｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎｇ；ｃ ｈ ｉ ｐ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
０ 引 言
机械 加工 过 程 离 不 开切 削 加 工 ， 即在 刀 具 的