文献综述
摘要
为学习铝合金的三维端面车削过程，使用有限元方法对三维端面车削过程的中的切削力、切削温度和切屑形态进行分析与仿真。本课题研究典型塑性材料切削及微切削过程有限元仿真的理论及方法，学习研究机械加工过程中刀具、工件材料以及切削过程的各种物理现象的理解。
关键词： 铝合金 端面 三维有限元仿真
1.铝合金车削的研究背景及意义
铝合金材料与其它金属工程材料相比有可塑性强、延展性好、热传递快、热膨胀系数高、硬度低等特点，在现代工程材料中应用十分广泛，但由于它们所固有的机械性能及特点在实际生产加工中比较困难。因此，开展对这种材料车削加工工艺的研究，选择合理的切削用量、刀具材料和车削条件，对于提高产品质量和生产效率有着现实的意义[1]。
2金属切削三维仿真的必要性
近年来国内外对金属切削工艺的有限元模拟的研究已有较多的研究报道，但是这些研究大多局限于二维模型，在三维切削过程的数值模拟方面有待于进一步深人研究，在实际切削过程中，工件和刀刃都具有三维几何形状；它们的相对移动也不总是正交的；因此切削是在三维状态下形成的，利用动态显示积分有限元程序，建立率相关的热弹塑性模型模拟材料在高温区的热、力学行为：采用侵蚀接触算法描述刀具与工件以及刀具与切屑之间的相互作用；同时利用单元删除法实现切屑的分离与破坏，从而实现了金属块体切削过程的三维数值仿真切削过程中随着刀具的运动，工件发生变形主要集中于两个变形区，主变形区是指从刀具的前端点延伸至未变形工件和已变形的切屑的相邻处，在此区域，材料承受大的剪切变形。另外由于塑性变形产生的热量也会使得此区域的温度升高。在次变形区内，切屑沿着工件表层：和刀具交界面滑移，这里的温度升高是由于刀具和切削交界面的摩擦生热而造成的。短此，金属在高速切削下，剧烈的摩擦和塑性变形使得局部区域的温度迅速上升，材料的各种性能参数势必受到温度的影响。为了分析这种与高温、高应变率速率耦合的大变形利断裂问题，采用了动态显示积分有限元方法，建立热弹塑性本构方程。
根据应力、应变和温度的分布情况，可以对切削过程进行监控，进一步优化切削条件从而获得较好的切削质量。同时，在一定的切削条件下，会形成螺旋状的切屑流，这是二维计算不能得到的。计算表明，可以实现金属切削过程三维数值仿真获得切削过程中工件和切屑的应力、应变和温度分布。这种方法可为进行更复杂的切削过程的数值模拟提供参考[2]。
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