剪板机刀片,一部分金属成为切屑沿前刀面流出M6u1
发布时间:2020-01-23 01:49

3.2 切削模型的建立

图1 金刚石刀具与单点金刚石车削设备

切削过程的有限元仿真的关键问题之一是对切削产生的原理进行建模仿真。旧有的建模方法要在切屑与工件之间预先设定分离准则(包括几何分离准则和物力分离准则),即当变形达到某一预设条件或某一物理量(如应力、等效塑性应变、或应变能密度等)达到预定值的时候,切屑将从预设的位置进行断开。


超精密加工,在精度等级上代表了发展的最高阶段。通常,按加工精度等级,可将机械加工分为普通加工、精密加工、超精密加工三个不同阶段。随着生产技术的不断发展,划分的界限也逐渐向前推移。就加工精度等级而言,当前普遍认为:精密加工的精度为1-0.1mμ、表面粗糙度为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种不同的工艺技术:(1)超精密切削加工;(2)精密和超精密磨削和研磨;(3)精密特种加工,如电子束、离子束加工技术等。单点金刚石车削(SPDT)加工技术(图1)是超精密加工中常用的技术。由于金刚石的硬度高、耐磨性强、导热性优越,金刚石刀具的刃口可以非常锋利(刃口半径可以小于0.05mμ甚至更小),而且金刚石与有色金属的亲和力小。对于铜、铝等有色金属以及塑料可以采用单点金刚石车削的方法,进行数控加工,直接得到超精密的光学表面。

图2 单点金刚石切削原理示意图

3.1 有限元仿真平台的选择

有限元仿真的大型的通用商业软件有NASTRAN、ASKA、SAP、ANSYS、MARC、ABAQUS、JIFEX等,这些软件包含了众多的单元形式、材料模型及分析能力,并具有网格自动划分、结果分析和显示等前后处理功能[2]。切削过程的有限元仿真属于非线性问题,材料将发生大变形,需要仿真平台需要具有网格自适应重划分功能。MSC.Marc的全局网格重划分功能为此需求提供了必要的支持,而且MSC.Marc具有强大的求解非线性问题的能力,也为用户提供了丰富的用户子程序接口,使得用户可以通过Fortran程序进行二次开发,自定义复杂的材料模型。相比较以往采用ABAQUS、Deform2D、Thirdwave AdvantEdge等软件进行的有限元仿真模型,MSC.Marc为用户提供了更强大而且更简便的解决方案。

3 切削过程的有限元仿真

有限单元法作为一种计算机仿真技术与求解方法,已经被广泛应用于科学研究的各个领域。计算机仿真实验的方法减少了物理实验的成本,加速了实验的过程。近年来,有限元仿真方法也被广泛的应用于加工过程的仿真中,作为一种预测切削力与工件表面质量的工具。本文主要介绍使用MSC.Marc进行单点金刚石车削原理的仿真方法。

1 概述

理想状态下,剪板机刀片,采用圆弧刃单点金刚石刀具进行超精密撤销加工时,在工件加工表面形成轮廓峰和轮廓谷,它们之间的距离,就是所谓的理论残留高度或者理论粗糙度(如图2a)。

2 超精密单点金刚石车削原理