铝合金车削过程刀具参数对切削力影响的有限元仿真
文献综述
- 研究的目的和意义
切削加工是切除工件余量效率最高、成本最低的方法，是机械制造业中最基本的加工方法，切削加工工作量占机械产品制造总量的30-40%，而且在近代，由于刀具材料的改进、机床刚度和功率的提高、机床速度的增大、控制系统的改善，使得切削加工技术取得了很大的进步[1]，在机械制造业中应用更加广泛。目前，我国已成为世界的制造大国并正在朝着建设制造强国的目标迈进，然而，我国的切削加工水平与世界先进切削技术相比，仍有一定的差距。因此，改进切削加工技术、提高切削加工水平就成为推动我国机械制造业快速发展的关键技术。
在切削加工工艺中车削加工是最基础的加工方法，其他各种切削加工工艺（如钻削、铣削）的研究都是在车削加工的基础上进行的，切削力是车削加工过程中非常重要的参数之一，其动态变化直接影响切削加工过程中被加工表面质量，刀具与工件的相对位移及刀具磨损等。
切削力对切削机理的研究，机床、刀具、夹具的设计，机床功率消耗的计算，合理切削用量的制定，刀具几何参数的优化，都具有非常重要的指导作用。切削力也是校核机床、刀具、夹具等的承载能力和最大加工进给量的重要依据。在自动化生产中，还经常通过切削力来监视切削加工过程与刀具工作状态，如刀具磨损，破损、折断等。因此，对车削加工中的切削力进行研究具有极高的理论价值与实际意义。
由于切削力受到切削用量、工件材料、刀具角度、刀具磨损、刀具材料、工作环境等多种因素的综合影响，其形成过程也非常复杂，因此，对切削力的研究是一项长期而艰巨的任务。
本课题研究的是铝合金车削过程刀具几何参数对切削力影响的有限元仿真的有限元仿真，要求得到：不同刀具参数切削过程的切削力曲线、切屑的形成及形态、温度场分布等仿真结果，并对典型塑性材料切削过程中的不同物理现象做理论分析。
使用有限元方法计算刀具参数对切削力的影响规律，采用有限元法来模拟切削过程可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性，如：加工工件表面和切屑的温度场分布、应力分布、应变分布和残余应力分布等。本课题是为了研究塑性材料切削及微切削过程有限元仿真的理论及方法，加深学生对刀具、工件材料以及切削过程的理解，培养学生掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽学生的知识面和提升学生的专业技能。
- 国内外研究概况
广义上来说，切削加工可概括为刀具接触工件，然后让刀具相对工件运动，使工件内部局部发生较大的应力而引起断裂，把不需要的部分切掉作为切屑脱落下来，从而加工出所需形状的崭新外表的产品[2]。切削加工是机械制造业中应用最广泛的金属加工方法，也是国内外研究的热点和难点，近年来世界各国已经投入了大量的人力和物力用于切削加工机理的研究，特别是切削加工中切削力、刀具寿命、表面精度、切屑形成和切削温度等这些能衡量切削过程是否正常的物理量的研究。
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