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1、Third Wave AdvantEdge FEM 培训教程,北京澳森拓维科技有限公司,第一部分 总体介绍,Third Wave Systems公司,Third Wave Systems公司成立于 1993年 总部在Minneapolis 技术Troy. D. Marusich, Brown University Third Wave Systems其主要业务是开发和销售金属切削有限元仿真软件及工艺(NC代码)优化软件 1998年发布了有限元切削仿真Advantedge FEM软件 2005年发布了工艺优化Production Module软件 预计2010年发布薄壁零件在加工过程中扭曲变形分
2、析软件Distortion Modeler,Third Wave AdvantEdgeTM FEM 5.7,AdvantEdge FEM 是一款CAE软件， 用于优化金属切削工艺，优化刀具设计. 这款分析软件适用于提高零件质量， 增加材料去除率， 延长刀具寿命等等. 利用 AdvantEdgeFEM 可以减少试切次数，使产品快速市场化.,Third Wave AdvantEdgeTM FEM 5.7,预测: 切削力 切屑形成、打卷及断裂 温度 热流 应力 塑性应变率 比测试得到更全面的信息,AdvantEdge FEM 主要特色,1.有限元解决方案. 2.可以进行微观及宏观的加工分析,模拟金属
3、切削中的切削力、热流、温度、切屑形成、切屑打卷、切屑断裂、残余应力及刀具磨损. 3.详细的铣削（含插铣、玉米铣、五轴铣削等）、车削、钻削、镗削、攻丝、环槽等工艺分析. 4.网格划分完全自动，只需定义刀具、工件的网格控制系数及网格自适应重划系数. 5.软件材料库有130多种工件材料（铝合金、不锈钢、钢、镍合金、钛合金及铸铁）；刀具材料库硬质合金系列、立方氮化硼、陶瓷、金刚石及高速刚等系列；涂层材料有TiN、TiC、Al203、TiAIN；同时支持用户自定义材料、自定义本构方程.,AdvantEdge FEM 主要特色,6.在仿真模拟中可以考虑工件初始应力、刀具振动、刀具表面涂层及冷却液. 7.具
4、有参数研究功能，可以进行切削速度、进给量、前角、切削刃圆弧半径及变换刀具来优化金属切削工艺. 8.车削及环槽刀具磨损仿真，主要采用日本的Usui算法，支持用户自定义磨损算法. 9.残余应力仿真，2D车削、拉削、锯削，3D车削、铣削 10.基本仿真，毛刺仿真. 11.丰富的后处理功能，曲线、云图及动画显示仿真结果，可以得到切削力、温度、应力、应变率及加工功率等结果.,AdvantEdge FEM软件原理,切削有限元仿真： 高度非线性 热、力耦合 材料本构 摩擦系数 切屑分离准则 自适应重划网格 Third wave AdvantEdge FEM软件原理简介见论文：Modelling and Si
5、mulation of High-Speed Machining，Troy. D. Marusich, Brown University，PDF论文,第二部分 AdvantEdge FEM软件分析流程,AdvantEdge FEM软件分析流程,仿真设置 求解 结果后处理,AdvantEdge FEM软件分析流程,仿真设置: 1) 工艺定义 2) 工件定义 3) 刀具定义 4) 切削参数定义,AdvantEdge FEM软件分析流程,1)仿真工艺定义: i) 输入project名字 ii) 选择工艺 iii) 产生 Project 及 Input文件 *.twp Project文件 *.inp
6、Input文件 建议每个project放在单独一个目录里 注：软件不支持中文名及中文目录,AdvantEdge FEM软件分析流程,2) 工件定义: i)工件几何 标准工件定义 ：根据不同工艺，软件内部设置好了相对应的标准工件，定义标准工件尺寸. 导入工件：3D仿真可以导入STEP格式几何，但如果工件是导入的，软件要求刀具也是STEP格式导入的，需先导入刀具再导入工件. 自定义工件：2D仿真（除铣削）支持用软件画2D工件. ii)工件材料：标准材料或自定义. iii) *.twm 为工件材料文件.,AdvantEdge FEM软件分析流程,3) 刀具定义: i) 标准刀具、自定义刀具或导入st
7、ep格式刀具. ii) 定义标准刀具几何参数, 材料, 涂层,刀具动态特性，刀具磨损，刀具网格控制参数. iii)定义切削刃半径. iv)定义边界条件: 自定义刀具需定义机械边界条件、热边界条件. v) 存为 (*.twt) 文件.,AdvantEdge FEM软件分析流程,4) 切削参数定义: i) 定义切削条件 切削速度/转速 进给/ Chip Load (锯削/拉削) 切削深度. ii)冷却定义 iii)process options-基本分析或毛刺仿真,AdvantEdge FEM软件分析流程,递交求解： i)仿真设置完成以上四步后 ii) simulation options 快速求
8、解，标准求解，残余应力. 工件网格控制，自适应网格重划控制系数. 结果输出. 并行解算，多核解算. iii)递交求解 Simulation-submit current job. batch job创建，编辑，及递交求解. Job monitor求解监控.,AdvantEdge FEM软件分析流程,结果分析: 云图显示结果 云图 温度, 应力, 塑性应变、塑性应变率等结果 曲线（时间历程）显示结果 曲线显示 切削力、进给力、功率及刀具温度蜂值 动画显示 多方案比较 数据提取,练习,掌握AdvantEdge 设置及分析流程 练习: Case 1, 流程介绍，案例说明，Hands on Examp
9、le 1 PDF文件 2D车削仿真设置、求解及后处理,第三部分 2D 仿真,AdvantEdge FEM 2D 仿真,AdvantEdge FEM 2D 仿真,车削Turning,AdvantEdge FEM 2D 仿真,车削Turning ： 进给= distance/revolution. 切削深度为Z向，垂直于进给、切削速度方向. 软件仿真时刀具固定不动，工件沿切削方向运动，运动速度即切削速度.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,AdvantEdge FEM 2D 仿真,顺铣 Climb Milling,逆铣 Conventional Milling,AdvantEdge FEM
10、 2D 仿真,铣削Milling 进给= distance/revolution/tooth. 轴向切削为Z向，垂直于进给、切削速度方向. 软件仿真时刀具固定不动，工件沿切削方向运动，运动速度即切削速度.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,锯削 Sawing,拉削 Broaching,AdvantEdge FEM 2D 仿真,微切削（进给在1微米以下10纳米以上），软件目前只支持2D的车削仿真 刀具、工件、进给及切削速度 切削刃网格单元长度 求解速度慢,AdvantEdge FEM 2D 仿真,工艺定义 Project New，输入project名，选择要仿真的工艺 Project O
11、ptions，选择单位 Preferences Set Preferences，设置缺省目录 *Project Archive 压缩project文件，不包 含结果文件，寻求技术支持时发送这个压缩包,工件定义,AdvantEdge FEM 2D 仿真,工件定义 标准工件 创建及编辑，输入工件尺寸. 自定义工件 自定义工件:不支持2D铣削,创建及编辑. 起点是(0,0)点,顺时针画,最后回到原点， 要封闭（closed). 按鼠标右键编辑具体坐标、倒角、机械边界 条件及热边界条件. 必须施加机械边界条件.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,工件初始应力 Initial Stress 用户
12、需自定义工件初始应力，创建一个后缀为tws文件，等效热处理或上次加工导致工件的残余应力， 编辑及创建*.tws文件格式如下: % Initial Stress input, depth, sigxx,sigyy,sigxy 25.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 50.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 100.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 125.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 150.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 200.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 250.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 300.d-6,10.d6,1
13、0.d6,0.d0 350.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 500.d-6,10.d6,10.d6,0.d0 初始应力文件单位 meters 深度 ， Pascals (N/m2)应力. 文件里定义的深度不能大于工件的高度. 定义初始应力*.tws文件的行数 1- 2000行. 注: 自定义的初始应力文件应拷贝到project项目目录下,AdvantEdge FEM 2D 仿真,层状材料工件 车削Turning/拉削Broaching/锯削Sawing 垂直层 水平层 最多5层 每层输入height/length及层材料 注:计算时不考虑层与层之间摩擦,AdvantEdge FEM
14、2D 仿真,工件材料 选择材料库材料，properties看材料元素含量. 铝合金、钢、不锈钢、镍合金、钛合金、铸铁及其它. 部分铝、钢及不锈钢材料可以自定义硬度hardness . 自定义材料，选择custom，点OK. Custom Materials对应的本购方程及工件材料会变亮， 先选择本构方程，再定义工件材料参数，热软化，应变硬 化，应变率等.,刀具定义,AdvantEdge FEM 2D 仿真,刀具定义 选择标准刀具，输入参数，高级选项里定义网格控制系数. 2D导入刀具： TWS自定义存储的刀具，Sandvik刀具（车削刀具） DXF格式刀具 自定义刀具，画刀具截面图，按鼠标右键编
15、辑具体点坐标，编辑切削刃，施加机械、热边界条件，高级选项里定义网格控制.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,刀具动态特性定义 Tool Dynamic Tool 定义强迫振动 频率及幅值 ,只支持2D仿真，振动幅值需小于进给. 定义刚度/阻尼，3D分析时只支持车削及环槽，只支持平移工件，不支持旋转工件. 定义垂直速度，方向垂直于切削速度，这个定义对水平层材料特别有用. 定义梁模型beam model.（只3D仿真中的铣削及钻削）.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,刀具材料 选择刀具材料：硬质合金系列、陶瓷、铝、硅合金、立方碳化硼、金刚石、高速钢等系列. 用户自定义Custom
16、. 注: 灰色的代表下一刀具类.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,刀具涂层 Tool Coating 涂层层数，最多定义3层，定义涂层厚度、材料. 1层在代表最里层，依次类推. 涂层材料，材料库里含4种材料 2D时网格划分可以看到涂层网格的划分，3D仿真 看不到涂层网格，计算时软件会计算涂层影响. 注：2D仿真时，如总涂层厚度大于3微米，预先在 定义切削刃半径时要考虑涂层厚度，减掉涂层厚度.,AdvantEdge FEM 2D 仿真,刀具磨损，TWS刀具磨损算法 刀具磨损目前只支持Chip Load 为常数的2D车削、3D车削及3D环槽 Total Tool Wear Time 定义要仿真刀具切削多长时间的磨损. Wear Time Increment 磨损时间步增量，软件磨损仿真时按这个时间步更新刀具几何网格及存储结果.这个值建议小于130，用缺省求解时求解速度会快. Max Wear Increment 刀具自适应网格节点间距离控制系数.
