钛合金端面车削过程的三维有限元仿真分析
文献综述
1.1 本课题研究目的和意义
由于金属切削加工过程是一个影响因素十分复杂的非线性变形过程，传统的研究方法很难对切削机理进行定量分析。特别是高速、超精密切削加工等工艺，实验方法很难获得所需的相关参数，如任意时刻的应力、应变以及温度等的分布等。随着计算机技术和信息技术的发展,虚拟制造技术在传统加工制造业中得到广泛应用。应用虚拟制造技术可以缩短产品开发周期、降低成本、提高产品质量,从而提高产品的市场竞争力。对切削过程进行虚拟仿真,研究金属切削变形等物理现象的影响因素，可以帮助合理选择参数工艺中的切削速度,背吃刀量及进给量;对刀具几何结构(前角,后角和断屑槽等)进行优化设计，进而可以采取措施减小切削力,提高金属切除效率并改善加工表面质量,，优化加工工艺等。
因而，采用计算机模拟技术研究切削过程中的金属变形及其温度分布等是最有发展前景的研究方法之一。计算机模拟研究具有系统性好、继承性好、可延续性好等优点，还不受时间、空间和实验条件的限制，一旦获得较好的仿真效果，则可大大缩短工艺设计的时间和成本。计算机模拟还可以获得许多用实验方法难以获得或不能获得的信息，能够再现切削过程的变形及温度的变化。利用有限元仿真研究能够方便地再现各种工艺参数对切削过程的影响，为优化切削工艺和提高产品精度与性能提供理论和实用的手段。[1]
利用传统的解析方法，很难对切削机理进行定量的分析和研究。计算机技术的飞速发展使得利用有限元仿真方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。近年来，有限元方法在切削工艺中的应用表明，切削工艺和切屑形成的有限元模拟对了解切削机理，提高切削质量是很有帮助的。这种有限元仿真方法适合于分析弹塑性大变形问题，包括分析与温度相关的材料性能参数和很大的应变速率问题。
1.2 本课题研究的国内外现状
1.2.1 本课题的国外研究现状
美国新泽西州大学Tugrul Ozel教授于2003年利用切削仿真软件模拟了刃口形状对切削过程的影响，并深入研究了摩擦系数对切削仿真的影响，德国Kaiserslautern大学的J.C. Aurich教授在考虑金属软化效应的情况下利用切削仿真软件Deform-3DTM对锯齿形切削的形成过程进行了三维建模[2]，由于计算机仿真技术成为研究切削过程的有力工具，国际生产工程学会(CIRP)成立了“Modeling of Machining Operation”工作组,以推动仿真技术在切削机理方面的研究和工业界的应用。[3]
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