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剪板機(jī),一部分金屬成為切屑沿前刀面流出M6u1

[來源：原創(chuàng)]

[作者：admin]

[時(shí)間：2012-05-25]


3.2 切削模型的建立

 

超精密加工，在精度等級(jí)上代表了發(fā)展的最高階段。通常，按加工精度等級(jí)，可將機(jī)械加工分為普通加工、精密加工、超精密加工三個(gè)不同階段。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，劃分的界限也逐漸向前推移。就加工精度等級(jí)而言，當(dāng)前普遍認(rèn)為：精密加工的精度為1-0.1mμ、表面粗糙度為Ra 0.1-0.025mμ；超精密加工的精度高于0.1mμ、表面粗糙度Ra小于0.025mμ。精密和超精密加工主要包括下列三種不同的工藝技術(shù)：(1)超精密切削加工；(2)精密和超精密磨削和研磨；(3)精密特種加工，如電子束、離子束加工技術(shù)等。單點(diǎn)金剛石車削（SPDT）加工技術(shù)（圖1）是超精密加工中常用的技術(shù)。由于金剛石的硬度高、耐磨性強(qiáng)、導(dǎo)熱性優(yōu)越，金剛石刀具的刃口可以非常鋒利（刃口半徑可以小于0.05mμ甚至更?。医饎偸c有色金屬的親和力小。對(duì)于銅、鋁等有色金屬以及塑料可以采用單點(diǎn)金剛石車削的方法，進(jìn)行數(shù)控加工，直接得到超精密的光學(xué)表面。

切削過程的有限元仿真的關(guān)鍵問題之一是對(duì)切削產(chǎn)生的原理進(jìn)行建模仿真。舊有的建模方法要在切屑與工件之間預(yù)先設(shè)定分離準(zhǔn)則（包括幾何分離準(zhǔn)則和物力分離準(zhǔn)則），即當(dāng)變形達(dá)到某一預(yù)設(shè)條件或某一物理量（如應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變、或應(yīng)變能密度等）達(dá)到預(yù)定值的時(shí)候，切屑將從預(yù)設(shè)的位置進(jìn)行斷開。

2 超精密單點(diǎn)金剛石車削原理

圖1 金剛石刀具與單點(diǎn)金剛石車削設(shè)備

作者：admin 發(fā)表時(shí)間：2011-7-3 18:54:12 閱讀：次

圖2 單點(diǎn)金剛石切削原理示意圖

 

3.1 有限元仿真平臺(tái)的選擇

有限單元法作為一種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與求解方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的方法減少了物理實(shí)驗(yàn)的成本，加速了實(shí)驗(yàn)的過程。近年來，有限元仿真方法也被廣泛的應(yīng)用于加工過程的仿真中，作為一種預(yù)測切削力與工件表面質(zhì)量的工具。本文主要介紹使用MSC.Marc進(jìn)行單點(diǎn)金剛石車削原理的仿真方法。

3 切削過程的有限元仿真


1 概述

理想狀態(tài)下,剪板機(jī)，采用圓弧刃單點(diǎn)金剛石刀具進(jìn)行超精密撤銷加工時(shí)，在工件加工表面形成輪廓峰和輪廓谷，它們之間的距離，就是所謂的理論殘留高度或者理論粗糙度（如圖2a）。

在實(shí)際超精密切削塑性金屬時(shí)，主切削刃和前刀面的主要任務(wù)是去除金屬，切削層在前刀面的擠壓作用下發(fā)生剪切滑移和塑性變形，然后形成切屑沿前刀面流出（如圖2b）。前刀面的形狀直接影響塑性變形的程度、切屑的卷曲形式和切屑刀具之間的摩擦特性，并直接對(duì)切削力、切削溫度、切屑的折斷方式和加工表面質(zhì)量形成顯著影響。主切削刃是前刀面和后刀面的交線。實(shí)際上前刀面和后刀面的交線不可能為理想直線，而是一微觀交接的曲線。該曲線的形狀可以近似用與其在不同位置的法平面相交成交線的平均曲率半徑來反映，稱其為刃口半徑ρ。切削時(shí)刃前區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜，應(yīng)力集中造成金屬中位錯(cuò)集中，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生塑性變形和滑移分離，一部分金屬成為切屑沿前刀面流出，另一部分金屬經(jīng)后刀面熨壓留在已加工表面。因?yàn)閮刹糠纸饘龠\(yùn)動(dòng)方向不同，必然使刀具刃口前金屬呈拉伸狀態(tài)，拉應(yīng)力使刃前區(qū)金屬的抗剪能力下降，在刀刃的直接作用下，金屬產(chǎn)生滑移分離。刃口半徑越小，應(yīng)力越集中，變形越容易，切削力越小，加工表面質(zhì)量越好。另外，切削層金屬被通過分流點(diǎn)O且平行于已加工表面的分流線分為兩部分，分流線以上的材料沿前刀面流出，分流線以下的塑性變形層被O點(diǎn)以下的刀刃熨壓后成為已加工表面。經(jīng)過熨壓以后，刀刃下方的材料產(chǎn)生嚴(yán)重的壓縮變形，對(duì)已加工表面質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響。

有限元仿真的大型的通用商業(yè)軟件有NASTRAN、ASKA、SAP、ANSYS、MARC、ABAQUS、JIFEX等，這些軟件包含了眾多的單元形式、材料模型及分析能力，并具有網(wǎng)格自動(dòng)劃分、結(jié)果分析和顯示等前后處理功能[2]。切削過程的有限元仿真屬于非線性問題，材料將發(fā)生大變形，需要仿真平臺(tái)需要具有網(wǎng)格自適應(yīng)重劃分功能。MSC.Marc的全局網(wǎng)格重劃分功能為此需求提供了必要的支持，而且MSC.Marc具有強(qiáng)大的求解非線性問題的能力，也為用戶提供了豐富的用戶子程序接口，使得用戶可以通過Fortran程序進(jìn)行二次開發(fā)，自定義復(fù)雜的材料模型。相比較以往采用ABAQUS、Deform2D、Thirdwave AdvantEdge等軟件進(jìn)行的有限元仿真模型，MSC.Marc為用戶提供了更強(qiáng)大而且更簡便的解決方案。

由于MSC.Marc提供了強(qiáng)大的二維、三維的全局網(wǎng)格重劃分功能，切削模型將不依賴于分離準(zhǔn)則，這也使得切削模型更能描述實(shí)際的加工過程。此外，MSC.Marc具有強(qiáng)大的接觸模擬功能，這也使得利用MSC.Marc建模時(shí)在定義刀具與工件接觸的問題上較之ABAQUS等其它軟件大大簡化。

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