冷硬鑄鐵及CFRP切削過程的離散元模擬.pdf

1、在制造技術和科學技術飛速發(fā)展的今天,人們往往希望能利用難切削材料和先進復合材料的固有特性來實現(xiàn)復雜、高強度、高硬度、優(yōu)良的耐磨耐熱特性等工藝需求。所以對難切削材料和先進復合材料的切削過程進行研究具有重要意義。
　　本文主要采用顆粒離散元法,并利用商業(yè)離散元軟件PFC2D(Particle Flow Code in2 Dimension),分別對難切削材料冷硬鑄鐵和先進復合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced

2、 Plastics)的二維正交切削過程進行模擬與分析。
　　主要研究內容和結果如下:
　　對于脆性金屬材料冷硬鑄鐵的二維正交切削方面,采用試錯法多次模擬并校準冷硬鑄鐵模型,得出與冷硬鑄鐵物理力學性能相匹配的離散元模型,從而建立起冷硬鑄鐵的二維正交切削模型。采用單因素法和正交試驗的方法,分析不同切削速度v、切削深度ap和刀具前角γ0對切削力的影響,得出切削力在4400N～13900N左右的結果。分析切削過程,得出隨著切削速度、

3、切削深度的增大,切削力也隨之增大,而刀具前角對切削力的大小影響不大但影響工件的表面加工平整度和切屑形式等結論。并得出較優(yōu)化的加工工藝參數(shù)為:切削速度v為18～24m/min,切削深度ap為1～1.5mm,刀具前角γ0為-3°～-6°。
　　對于復合材料 CFRP的二維正交切削方面,采用梁-顆粒單元分別建立纖維方向角θ=0°和θ=90°兩種特殊單向CFRP材料的離散元模型,并采用試錯法多次模擬進行模型校準,而后建立起相應的二維正交切

4、削模型。亦采用單因素法和正交試驗的方法,分析不同切削速度v、切削深度ap和刀具前角γ0對切削性能的影響。
　　對于θ=0°的CFRP的切削,得出切削力大部分在770N～2320N左右的結果。通過分析切削過程,得出隨著切削速度、切削深度的增大,切削力也隨之增大,且切削深度的影響較大,而刀具前角對切削力的大小影響不大,但切削速度、切削深度和刀具前角都不同程度的影響了工件的表面加工質量等結論。為提高工件的加工精度和加工效率,本文得出較優(yōu)

5、化的加工工藝參數(shù)為:切削速度v為300m/min左右,切削深度ap為1～1.5mm,刀具前角γ0為-5°左右的負前角。
　　對于θ=90°的CFRP的切削,得出切削力大部分在480N～4320N左右的結果。通過分析切削過程,得出隨著切削速度、切削深度的增大,切削力隨之增大,而刀具前角對切削力的大小影響不大,但是切削速度、切削深度和刀具前角都不同程度的影響了工件的表面加工質量和內部組織結構等結論。為提高工件的加工精度和加工效率但不影