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本文通过对金属切削过程进行深入的理论分析,以弹塑性有限元理论为基础,建立了铝合金A6061材料的正交切削有限元分析模型。基于ANSYS软件强大的大变形分析功能,使用二次开发工具APDL和FORTRAN语言进行二次开发,对铝合金A6061材料正交切削过程进行了模拟分析。
针对切削模拟分析过程中的几个关键技术问题进行分析和处理:(1)刀-屑脱离处理,给出刀-屑接触长度计算公式和取值范围;(2)切屑-基体分离准则,采用物理准则和几何准则相结合的方法:几何-等效应力判断准则进行切屑分离判断;(3)网格重划分技术,给出了网格重划分流程,在ANSYS软件中实现了网格重划分,使用面积加权平均算法完成新、旧网格之间物理参数的传递。ANSYS软件在求解过程中不能对这些问题进行自动分析和处理,本文通过二次开发编程实现了求解过程中对这些问题的处理。
在ANSYS软件中使用二次开发算法模块对铝合金A6061材料的切削过程进行模拟分析。分析得到了切屑成形过程、刀具和切屑-工件等效应力分布情况;模拟分析了不同刀前角γ和摩擦系数?对加工过程中切屑形状的影响,得到了刀具前角γ和摩擦系数?对切屑几何形状的影响规律;还给出了工件表面残余应力的分布情况。
完成了铝合金A6061材料正交切削过程的全程模拟,对切屑内部变形区域分布、切削工艺参数对切屑形状的影响进行了深入研究。文中给出的变形区域分布与刘培德等人提出的正交切削新模型一致;切屑形状与实验结果吻合;本文所给出的二次开发算法具有重要的实用价值。