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1、论文题目：基于DEFORM-3D的刀具切削温度仿真学生： 所在院系：所学专业：导师： 目 录 摘 要 1 第一章 绪论5 第二章 仿真软件介绍6 第三章 Deform3D软件简介9 3.1软件模块结构分析93.2 前处理器及其设置93.3 模拟器93.4 后处理器11 第四章 有限元模型的建立134.1 切削加工模型134.2 切削模型建立14 第五章 DEFORM-3D对切削温度的仿真175.1刀具和工件的温度场分析175.2 切削速度对切削温度的影响175.3切削过程中总体温度分布195.4 切削厚度对切削温度的影响20 第六章 结论22 第七章 参考文献23摘 要 在金属切削加工中，切削
2、温度对切削加工过程有着非常重要的意义。为了更好的研究金属材料的切削加工过程中切削温度的分布，本文以Deform3D软件为平台，利用有限元方法对45号钢的切削过程中的温度进行了建模与仿真，分别分析了切削过程中刀具和工件的切削温度场分布，以及切削速度变化时对切削温度的影响。仿真结果表明：刀-屑接触区及工件上的最高温度随切削速度的增加而升高，但工件上温度升高的趋势较平缓；无论切削条件怎么变化，切削温度的最高点总不在刀刃处，而是位于前后刀面上距离刀刃不远的地方；剪切面上各点的温度几乎相同。仿真结果表明，Deform3D软件所得的仿真结果和理论依据的吻合度较高，说明仿真具有较高的可信度，为生产实践中切削
3、速度的优化选择，刀具及工件材料的选择提供理论依据关键词：Deform3D，有限元仿真，切削温度AbstractIn the process of metal cutting, the cutting temperature of the cutting process has very important significance. In order to better study the metal material cutting process of cutting temperature distribution, Based on the Deform -3D software as
4、 the platform, using the finite element method for45 steel cutting temperature by modeling and simulation, Analysis of the cutting process, the cutting tool and the workpiece cutting temperature field distribution, as well as the cutting speed change on cutting temperature effect.The simulation resu
5、lts show that: the tool-chip contact area and the workpiece on the maximum speed with cutting speed increases, but the workpiece temperature increased more gentle; No matter how the change of cutting temperature cutting conditions, highest point total in the blade, but are located before and after t
6、he knife surface distance edge not far place; Shear plane of each point on the temperature is almost the same. The simulation results show that, the Deform - 3D software the simulation results and the theoretical basis of the anastomosis of a higher degree, a description of the simulation has high r
7、eliability, Production practice of cutting speed optimization, tool and workpiece material selection and provide a theoretical basisKey word：Deform3D，Finite element simulation, Cutting temperature 第一章 绪论 金属切削是机械制造中使用最广泛的加工方法，金属切削加工时在机床上利用个切削工具从工件上切除多余材料，从而获得具有一定形状精度、尺寸精度、位置精度和表面质量的机械零件，是机械加工的基本方法。目前
8、国外已投入了大量精力用于切削机理的研究。随着数值模拟技术的发展，有限元方法已成为金属切削过程仿真的有效工具，通过计算机模拟整个切削过程，得到接近于真实工作状况的结果。就切削加工过程进行仿真研究，对计算功率消耗，对机床、刀具、夹具的设计，对制定合理的切削用量、优化刀具几何参数等，都有非常重要的意义。因此，切削加工中，能否准确预知各种切削条件和不同工件材料组合的切削力特征，对切削加工的表面误差控制起决定性作用，从而进一步影响预报已加工表面的各种物理性能。实现切削力的预报不仅可以完善切削理论，而且能指导生产实践达到选择最优切削条件，提高加工效率、降低生产成本。金属车削制造工艺的传统研究方法是“实验法
9、”，这种基于实验的制造方法往往要经历反复修正的过程，从而造成了大量的人力、物力及时间浪费。伴随传统的车削加工技术和现代计算机技术全方位的密切结合，传统的经验设计方法已逐渐被数值模拟方法所代替。数值模拟方法不需要建造物理模型，并可以在提供工件和刀具在成形过程中的各个物理量的详细参数。目前有限元软件如 DEFORM 等等已经广泛地应用到金属车削成形加工过程的数值模拟之中。切削温度是影响加工表面质量的重要参数。切削温度会直接影响刀具的磨损和耐用度。因此，切削温度的变化规律，对于改进金属加工工艺、提高金属加工表面质量具有重要意义。切削温度的研究受到很多条件的限制，要在实际加工条件下精确研究影响切削温度
10、的各种因素具有很大难度。随着计算机仿真技术的发展，金属切削有限元模拟技术也获得了飞速发展。金属切削加工的有限元模拟全面考虑了工件材料、刀具材料及几何参数、切削加工参数、换热系数等多种因素，通过对切削加工过程的物理仿真，可得到工件温度场的分布状况本文利用有限元模型对在指定速度下刀具和工件的温度以及不同切削速度下车削加工过程中的切削温度进行物理仿真，模拟了各种切削温度的分布规律，为分析研究切削温度的影响提供了有力的证据。 第二章 仿真软件介绍 机械动力学有adams，ansys，abaqus。ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mech
11、anical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额，现已经并入美国MSC公司。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用
12、于预测机械系统的性能、运动围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如cre
13、o, nastram, IDEAS, AOTU CAD等， 是现代产品设计中高级CAE工具之一。CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即Finite Element Method),边界元法(BEM,即Boundary Element Method)，有限差分法(FDM,即Finite Difference Element Method)等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此
14、它可应用于以下工业领域： 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。达索并购ABAQUS后，将SIMULIA作为其分析产品的新品牌。它是一个协同、开放、集成的多物理场仿真平台。ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。 ABAQUS 包括一个丰富的
