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题目：基于低频振动车削过程仿真的车刀优化设计综述

摘 要

得益于高性能计算机和软件技术的发展，数值仿真为深入理解切削过程，研究刀具磨损，提高加工表面质量等提供了强大的技术支持。刀具几何参数是金属切削加工过程中切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等的重要影响要素，影响被加工工件的表面质量。使用有限元方法对低频振动车削过程进行仿真，并根据仿真分析结果进行车刀的结构优化设计。

关键字：有限元仿真；车削；刀具磨损；刀具几何参数

1.前言

随着机械产业的不断发展，对精密及超精密机械零件的加工精度和表面质量的要求越来越高，尤其对钛合金、高温合金、不锈钢、高强度钢、复合材料、硬脆性材料等难加工材料的加工以及-些工艺性较差的精密零件的加工，利用传统切削加工方法往往效率低甚至无法加工，给实际切削加工造成很大阻碍。特别是航空航天业、船舶业、军工业等的发展使得新材料与难加工材料不断出现，特异型、工艺性差的零件加工日益增多，从而对机械零件的加工质量提出更高的要求，给装备制造技术带来新的难题与挑战。从机械加工的长远发展来看，在改善传统加工工艺方法的同时，应当不断地在本质，上探索新的加工方法和技术，以改善材料的可加工性，提高加工质量和效率。振动切削以其优越特点成为破解机械制造所面临的加工难题的技术方法和手段之一。

并且近些年，得益于高性能计算机和软件技术的发展，有限元仿真技术在切削领域得到了广泛的应用，为研究切屑形成机理，预测切削温度、切削力和残余应力以及加工表面现为组织演变提供了支持^[2]。目前，用于切削仿真的主流软件有很多，其中较为主流的有abaqus/explicit、deform、adantedge等。以材料本构模型 为基础 ，通过构建切削仿真模型，可以准确地对切削过程中应力、应变、应变率、切削力和切削温度等物理量进行定量分析，进而为研究刀具磨损、加工表面完整性和工艺优化提供了参考数据^[3]。

切削过程中 ，切削变形区的材料在热力耦合载荷作用下会发生显微组织的演变（塑性变形、晶粒细化、位错增值、相变等）的和物理学性能（硬度、屈服度等）的改变，对零件毛坯已经具有的特定组织和性能产生不利影响，最终影响零件的使用寿命^[4]。目前，试验观测是分析显微组织的主要手段，其缺点是需要制备金相试样，破坏已加工零件，并且周期长^[5]，更为重要的是无法对显微组织的演变进行实时观测，借助有限元软件预留的二次开发接口，可以将基于微观组织演变的模型以用户自定义子程序的形势嵌入到有限元软件中，对切削过程中微观组织进行动态模拟和定量预测^[6]。