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1、 通力公司金属切削软件功能介绍 Third Wave AdvantEdge 通力有限公司 北京市崇文区广渠门南小街领行国际中心 1-1-1201 电话：+86-10-67174868-106 传真:+86-10-67174866 E-Mail: Web: 为满足国内企业对金属切削加工有限元仿真技术应用的需求及引进国外的先进技术，通力有限公司从 2006 年开始代理美国 Third Wave Systems 公司金属切削仿真软件，为国内制造业行业提供金属切削仿真有限元解决方案。 Third wave AdvantEdge FEM 是一个基于材料物性的有限元金属切削仿真软件。通过软件仿真替代大量的
2、试切，避免试切过程中材料的浪费，也节省了时间，缩短设计、加工周期。更重要的是软件仿真为实际加工提供理论依据，避免传统加工中单方面凭借经验而导致技术的不可复制性、零件质量不可控性。 目录 一、工艺类型1 二、仿真能考虑的加工环境6 三、后处理8 四、实际应用情况12 一、工艺类型：车削、铣削、钻孔、攻丝、镗孔、切槽、锯、拉削。 （一）车削：支持 2D、3D 仿真。可以仿真抽象成直面，也可以仿真曲面加工。 1车削 2D 仿真： A. 常规切削仿真。 B. 进给在 1 微米以下的微切削仿真。 2车削 3D 仿真： A. B （二）铣削：支持顺铣、逆铣的 2D 和 3D 仿真。 1. 铣削 2D 仿真
3、 2. 铣削 3D 仿真（含斜坡铣、锸铣等） A. 实体刀具 a) b) c) d) e) 1B. 可转位刀具 a) b) c) d) e) f) C. 玉米铣 a) b) c) （三）钻孔、攻丝、镗孔：支持 3D 仿真。可从仿真刀具刚接触工件开始仿真，也可从刀具深入钻孔开始甚至刀具穿透工件。 21. 钻孔 3D 仿真 实体刀具 可转位刀具 2. 攻丝 3D 仿真 3. 镗孔 3D 仿真 (四) 切槽：支持 3D 仿真 3（五）锯 ：支持 2D 仿真 （六）拉削：支持 2D 仿真 4二、仿真能考虑的加工环境 （一）工件和刀具部分 1工件几何 2D 工件几何 A软件自带画图工具 B输入工件几何关
4、键数据 C导入 STEP 格式文件 3D 工件几何 A输入工件几何关键数据 B导入 STEP 格式文件 2刀具几何 2D 刀具几何 A软件自带画图工具 B输入刀具几何关键数据 C读入刀具库中 Sandvik 刀具 D部分工艺可以读入 DXF 格式刀具 3D 刀具几何 A导入 STL、STEP 、DXF 、Nastran 、VRML 格式刀具几何 B输入刀具几何关键数据 3 工件及刀具材料： A复合材料：除了常规的单一材料，还支持复合材料。最多定义 5 种材料。 5 B材料库：软件有丰富的材料库：铝、钢、不锈钢、铸铁、镍钛合金等 100 多种材料。软件自带材料可以查看材料成分，以便查找国内对应的
5、材料。 （工件材料库详见附件 1） C自定义材料：客户可以根据材料本构方程自己定义。 （二）切削参数 该软件可以定义进给、速度、轴向切深、径向切深、初始温度等因素 （三）其他环境 可以定义刀具振动、摩擦系数及冷却液对加工的影响。其中冷却液提供 3 种添加方式，并可以定义冷却液的传热系数。 6三、后处理 （一）结果的表现形式 1云图 Third Wave Systems31Results Visualization:2曲线 Third Wave Systems29Results Visualization:Feed ForceCutting Force33D 结果比较分析图 Third Wave
6、 Systems32Results Visualization: 3D Plots0100200300400CuttingForce100200300400FEED(MicroMeter)100020003000SPEEDFX39837535132830528225823521218816514211995724导出数据 7 （二）仿真可以得到的结果 1. 加工的动画过程。 2 温度场。 3 应力场、塑性应变率。 X (mm)Y(mm)21 22 23 24 25 26012345Temperature (C)40035030025020015010050Project Name: al380
7、_150_082_000_020X (mm)Y(mm)20 21 22 23 24 25 26012345Temperature (C40035030025020015010050Project Name: al380_300_082_200_020X (mm)Y(mm)20 22 24 26012345Temperature (C)40035030025020015010050Project Name: al380_150_248_000_020X (mm)Y(mm)22 23 24 25 26 27012345Temperature (C)40035030025020015010050Pr
8、oject Name: al380_300_082_000_0204切屑打卷、切屑形成、切屑断裂。 5.刀具的磨损。刀具磨损仿真主要采用日本的 Usui 算法。 6.残余应力。 8 7.图表曲线展示：切削力、温度、功率、扭矩。 8.毛刺的形成。 后处理输出结果与实际应用对照表 Third Wave Systems34Results Interpretation:Output Its UseTemperature Predicting Tool LifeHeat into Workpiece, Chip and ToolHeat DeformationStresses Tool FailureS
9、trains Work Hardened Surface, Depth, HardnessCutting Forces Power ConsumptionWorkpiece DeformationChip Morphology Chip BreakageChip ControlBurr Prediction9（三）仿真结果的精确度 该软件在金属切削仿真中具有明显优势。是世界上唯一专业的金属切削仿真软件。其结果的可信度高。 这是一个切削力的实际测试结果和软件仿真结果的对比数据。主切削力的仿真精度可以达到 90%以上。 Third Wave SystemsThi d Wave emConfiden
10、tialnf tialtiaAISI 4130 Steel Chip Validation00.10.20.30.40.50.60.712345678Case NumberTest DataPredicted7Third Wave SystemsavConfidentialonfid tialtiaChip Breakage PredictionActual Chips(Photo Courtesy of Caterpillar)Modeling Chips(Sandvik PF Geometry)2图为仿真切屑的准确度 10四、实际应用情况 Third wave AdvantEdge 软件自
11、 1997 年投入市场以来，已经形成了国际上庞大的用户群。国际知名刀具厂商、航空航天、汽车行业等都是该软件的忠实客户。 （一）目前的国际客户 11（二）应用案例分析 A：三种刀具几何切削性能对比 Third Wave SystemsInsert 1 Insert 2 Insert 34340_1b.twt 4340_2b.twt 4340_3b.twt(baseline)5Time (s)FeedForce0 0.001 0.002 0.003-200-10001002003004005006007008004340-3b4340-2b4340-1bFeed Force vs TimeTime
12、 (s)CuttingForce0 0.001 0.002 0.00320030400506007008009004340-3b4340-2b4340-1bCutting Force vs TimeX(mm)Y(mm)4 5 61234Temperature (C)60055050045040035030025020015010050Project Name: 0_1bX (mm)Y(mm)4 5 6 71234Temperature (C)60055050045040035030025020015010050Project Name: 0_3bX (mm)Y(mm)4 5 6 7123Tem
13、perature (C)60055050045040035030025020015010050Project Name: 0_2b三种刀具切削仿真及切削力、温度比较 B：无涂层刀具与有涂层刀具对比 12 切屑形成对比 前刀面温度对比（有涂层刀具前刀面温度降低了约 30 度） C：进给及切削速度研究 四种切削方案进行对比 切削速度(rpm) 进给（ mm） 材料去除率 初始方案 250 0.1 1base 250 0.15 1.5base 500 0.1 2base 500 0.15 3base 仿真后对切削力、温度及切屑进行比较，选择合理的切削参数来提高效率 与考虑机床限制切削力对比，速度可以
14、增加到 500rpm，进给 0.1mm 13 刀具温度峰值比较，500 /0.1 温度值与初始方案温度值变化很小 切屑对比 结论，速度可以提高到 500rpm，材料去除率提高一倍，刀具温度增加很小，切削力比初始方案降低了。 14 Appendix of TablesTable A-1: Material Composition Table A-2: AdvantEdge Material Cross Reference Guide Table A-3: Material Properties Workpiece Material UTS (M Pa)YS (M Pa)Hardness (HRc
15、) 15-5PH (Custom 7000) 986 33215-5PH (XM -12) 1050 31615-5PH SST (H1025) 1145 1110 36 35215-5PH SST (H1100) 1069 1034 33215-5PH SST (H1150) 896 717 30 31115-5PH SST (H925) 1317 1213 43 40917-4-PH SST 1365 1262 420300M 27 262304 Stainless Steel 505 215 21 235304L Stainless Steel 430 22 243309 Stainless Steel 144316 Stainless Steel
