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复杂曲面切削加工仿真技术研究

王敏  
【摘要】:切削是通过刀具在材料表面切除多余的材料层来获得理想的工件形状、尺寸以及表面光洁度的方法。为了提高切削加工特别是精密和超精密切削的生产效率和加工质量,需要深入研究切削机理、切削加工和切屑形成理论。研究表明,数值方法是研究切削加工的过程的有效手段。本文选用大型体积成形商业软件DEFORM对复杂曲面的切削加工过程进行仿真和分析,将DEFORM-3D作为模拟金属切削过程和计算的主体工具,将Fortran作为DEFORM-3D的接口语言,对DEFORM-3D进行二次开发和辅助计算。 首先,在讨论有限元基本理论和刚塑性成形理论的基础上,建立了金属切削三维热力耦合刚塑性有限元模型,确定了材料模型、接触摩擦模型、磨损模型,网格重划分方法等。并成功地模拟了基于DEFORM-3D软件DEFORM-3D pre模块成功地模拟了三维金属切削过程,得到了切削过程中的切削力数据、应力应变分布、温度场分布以及切屑的形成过程,证明了模拟结果的正确性,为建立复杂曲面切削的有限元模型奠定了坚实基础。 其次,基于Windows平台,体积成形软件DEFORM-3D进行二次开发,通过DEFORM-3D的用户子程序功能,找到自定义模具或者工件运动的方法,插入了可以让模具按照指定路径运动的模型,克服了DEFORM-3D软件仅仅只能做简单的直线或者是旋转运动的缺陷,使得软件DEFORM-3D软件模拟复杂型面的切削成为可能。 最后,根据前面建立的有限元模型,应用经过二次开发的DEFORM3D软件,建立平面曲线轮廓加工过程几何仿真模型,研究几何仿真技术,分析刀位点位置,并以此为依据开发出复杂型面的切削路径生成方法,最后通过实验逐渐优化算法,完成了曲线和曲面的切削过程的仿真,将零件经切削后的曲线(曲面)与原始曲线(曲面)进行了对比,在绝大部分区域吻合的很好。这证实了所添加了模具运动模型的正确性,说明该模型能够按照用户任意指定的路径运动。同时也表明了软件DEFORM-3D的二次开发是成功的。


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