金属切削过程有限元模拟开题报告
金属切削加工过程的有限元建模与仿真
江苏大学硕士学位论文金属切削加工过程的有限元建模与仿真姓名：吴勃申请学位级别：硕士专业：计算机科学与应用指导教师：蔡兰20060301４．２切屑形成过程的仿真模型的构造大部分国内的切屑形成过程的有限元仿真都采用的是２．Ｄ模型‘蚓脚’，２．Ｄ有限元模型仅仅适合于萨交切削的仿真，在研究车削、刨削等切削加工时，必须对切削情况进行限定和简化，不仅视觉效果差，更重要的是仿真的范围受到极大的限制，因此，有必要发展３．Ｄ有限元模型来仿真切屑形成过程。
本部分主要采用３．Ｄ有限元模型仿真在正交切削和制刃切削条件下的切屑形成过程，为进一步对各种切削加工方法进行有效的有限元仿真奠定基础。
４．２．１几何模型的建立与网格划分本章主要研究刀具切入工件丌始到稳态切削这段过程的仿真。
采用三维有限元模型进行模拟，所建立的几何模型如图４．６所示。
网格划分可采用三维六面体网格，也可以采用三维四面体网格。
幽４６网格划分图４．２．２材料属性的定义金属材料非线性的本构关系主要分为以下四种类型，即弹塑性、刚塑性、弹粘塑性、刚粘塑性。
有限元模拟的准确性很大程度上取决于本构关系能否真实反映材料的真实特性。
在金属切削有限元仿真中，采用弹塑性材料模型时，既有塑性变形又有弹性变形，较为符合会属切削过程的真实情况。
本课题中，为了保证仿真结果的更接近于实际情况，工件材料选用弹塑性模型，而刀具属性定义为刚性。
为了与实验结果进行比较，工件材利根掘需要选择相应材料。
与实验加工的材料相对应，输入丁Ｆ交材料属性（杨氏模量、泊松比、材料密度等），以及ＪｏｈｎｓｏｎａｎｄＣｏｏｋ的经验模型公式中的参数Ａ、Ｂ、ｎ、Ｃ和ｍ。
江苏人学硕十学何论文４．２．３施加约束与载荷假定工件在切削过程中为无限长。
而在仿真模型中的工件不可能很长，否则计算效率会很低，必须用长、高都不大的工件代替，用必要的约束来模拟真实工件的边界条件。
当研究切屑形成过程中的现象时。
女ｎＸ，ｊ应力、应变、应变率和温度进行研究，以及对切屑卷曲现象进行研究时。
【开题报告】Ti6Al4V切削过程有限元分析
开题报告机械设计制造及其自动化Ti6Al4V切削过程有限元分析一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.[国内外研究动态]近几十年随着钛合金的广泛应用，国内外在钛合金切削加工领域进行了大量的研究工作，并取得了一系列的进展。
在切削性能和表面完整性方面，E.O.Ezugwua等人研究了不同刀具不同切削条件下切削钛合金工件的表面质量。
研究发现，采用CBN刀具加工钛合金，已加工表面粗糙度比未涂层的硬质合金的要低，工件表面质量较好。
Wang等人采用未涂层细晶粒和普通晶粒硬质合金刀片连续和断续在传统速度和高速下切削钛合金。
在他们的研究中，细晶粒硬质合金刀具材料有着较高的抗磨损性，适合于断续切削钛合金。
C.H.che-Haron研究了硬质合金刀具在不同切削速度下切削钛合金的工件表面完整性。
研究发现，在干切削条件下，切削时间较长时，加工表面会出现一些撕裂和塑性变形。
并且表面加工硬化也很严重。
在刀具磨损和刀具寿命方面，满忠雷等人在干切削和氮气介质下用硬质合金低速（v=30-60m/min）铣削钛合金，证明在氮气介质中刀具的磨损要比干切削时的磨损要小，刀具寿命提高一倍；在氮气介质下切削钛合金时刀具的磨损形式主要有机械磨损、粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损烧伤、剥落、微观裂纹。
马光峰等铣削BT20钛合金材料，通过电镜扫描分析刀具的磨损主要是前刀面的月牙洼磨损，后刀面的粘结磨损和化学磨损，以及边界磨损。
Jiang和Shivpuri发现在用硬质合金刀具加工钛合金时，月牙洼磨损是影响刀具寿命和生产率的的主要磨损形态。
他们把月牙洼磨损率与在切削热作用下钴元素从刀具扩散到钛合金切削中联系起来，建立了包括热传导-扩散过程的刀具磨损模型，还建立了切削过程中刀削接触面非等温条件下的粘塑性有限元模型。
在冷却液等切削介质的影响方面，E.O.Ezugwua等人研究发现在低速下，切削区域温度相对较低，冷却液的效果相当明显，有润滑、减小摩擦系数、降低切削力和刀具磨损率的作用。
模具钢Cr12MoV铣削过程的有限元仿真毕业设计开题报告
哈尔滨理工大学机械动力工程学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名：哒哒哒学号：哒哒哒专业：机械设计制造及其自动化班级：哒哒哒指导教师：哒哒哒2014年 2月 28日课题题目及来源：题目：模具钢Cr12MoV铣削过程的有限元仿真来源：本课题来源于国家科技重大专项子项目：哒哒哒一、课题研究的意义和国内外研究现状：1.课题研究的意义：我国模具产业的发展给予制造业以有力支撑,同时,制造业的发展也推动了模具产业的发展。
作为汽车产量第一大国，我国的汽车模具加工能力还远远不能适应汽车改型换代的需要，虽然目前我国模具行业以每年巨大的进出口总额被誉为全球“制造大国”，但由于技术人才等因素的制约，都相对集中在中低端领域,中高档轿车关键覆盖件的模具制造加工还达不到设计要求。
因此，本项目针对轿车用大型覆盖件淬硬钢模具高品质加工技术的难点。
我国汽车及模具制造企业如何更好的通过技术创新和提高冲压工艺设计的合理性，以此减少模具调试工作量、缩短周期、降低成本，提高企业生产效能是一个具有重要实际意义的课题。
Cr12MoV有高淬透性，根据Cr12MoV的力学特性，可以选择硬态切削来代替传统的磨削加工。
硬态切削是指采用超硬刀具对硬度大于50HRC的淬硬钢进行精密切削的加工工艺。
与磨削相比，硬态切削具有良好的加工柔性、经济性和环保性能，精磨工序中采用硬态切削是加工淬硬钢的最佳选择。
球头铣刀铣削过程包含复杂的多物理场耦合作用,且球头铣刀刀刃特殊,分析较为困难。
在商业有限元软件Deform-3D前处理器中建立了球头铣刀铣削有限元模型,运用可靠的材料模型及切屑分离、断裂准则,采用合理的摩擦模型和传热模型,施加恰当的边界条件,进行了连续两刀齿的仿真模拟铣削过程,得到了铣削力、工件温度场和残余应力场的仿真结果,并分析了铣削速度、进给量、铣削深度等工艺参数对结果的影响。
与早期的刀具设计制造方法相比较，这项技术更为完善、精确，而且设计和制造开发周期更短，此项研究也因而受到我国模具行业的普遍重视，对于研究仿真刀具性能和虚拟制造具有非常深远的意义。
高速金属切削的摩擦分析及有限元模拟
-T r - Tr
式中: A、B、 n、 C、D、E 和 m 是由材料自身决定的
子表示:
常数; Tm 为 材料 的熔 点; T r 为室 温; T 为工 件 的瞬
f ( x ) = p 当 n ( x ) p, 0< x lp
( 2 a) 时温度; 为应变; 为应变速率。
f ( x ) = n ( x ) 当 n (x ) < p, lp < x lc ( 2b) 式中: f 为摩 擦 剪切 应力; p 是 工件 材 料的 剪切 强
刀刃倒角半径0012mm切削宽度1mm摩擦模型41库仑摩擦模型根据库仑摩擦定律r为了确定合适的摩擦因数作者应用平均摩擦因数法即通过试验得出多组切削力f和吃刀抗力f代入式46可得出相应的摩擦因数最后将所得的摩擦因数取平均值作为最终的摩擦因数
2007年 1月 第 32卷 第 1期
润滑与密封
LUBR ICAT ION ENG INEER ING
结摩擦区内, 摩擦 剪切应 力恒定; 在滑移 摩擦 区内, 摩擦因数恒定。前刀面上的摩擦剪切应力可由以下式
变、应变率和温度的函数。本研究使用的材料本构方
程为修改的 Johnson-Cook经验模型 [5] :
= (A + B n ) 1+ C ln (D - ET* m )
(3)
其中 T*
=
T Tm
表 2 切削工艺参数
进给量
0 075 mm
刀具后角
15 3
切削速度
300 m /m in 刀具前角
-7
刀刃倒角半径 0 012 mm
切削宽度
1 mm
根据库仑摩擦定律 f (x ) = n ( x ), 为 了确定合 适的摩擦因数 , 作者应用平 均摩擦因数 法, 即通过
切削加工中的有限元模拟
切削加工中的有限元模拟作者：BerendDenkena、Luis De Leon、Maya Otte 来源：德国Werkstatt + Betrieb杂志借助于有限元分析工具（FEM）的灵活性可以全面地描述切削过程；与实验测试相比，有限元分析可以更好地描述难以测量或者原本无法描述的加工过程。
切削过程的建模以及模拟对于降低加工工时和成本至关重要。
模拟作为开发工具可以用于质量管理和质量优化，并尽可能降低生产起步阶段的风险和试制费用。
有限元分析（FEM）是一种数学方法，尤其适用于解决与工程实际相关的问题，并能在更广的范围内传播。
首先将需计算区域划分为若干大小有限的小单元。
在每一个不等于0的有限单元内寻找解决方案。
整个区域的解决方案通常情况下由相当庞大但精巧的、填充好的线性方程式运算得出。
使用有限元模拟可以借助数学方法对切削过程进行重建，同时将整个过程中任意部位和时间点的温度、延展、延展率、应力和受力计算出来。
因此，有限元模拟可以用来支持不同场合下的实验研究（图1）。
图1 切削加工中的有限元分析在刀具开发过程中，诸如刀具磨损和生产效率等的因素将发挥决定性的作用，因为在整个加工过程中生产效率和质量受到影响。
刀具结构的优化可以提高刀具本身的使用寿命和加工质量。
为了获得比较优化的刀具几何结构，需要考虑切削过程中的热负荷和机械负荷。
此外需要分析沿刀刃和位于刀具内部的应力和温度。
切削刃接触区域内应力、延展、延展率以及温度的详细信息可以用于分析切屑形成的机制。
工件方面，借助有限元方法可以预测固定工件的边缘区域所受到的影响。
对工件内应力形成机制的研究可以用来控制切削过程并进一步调整特定边缘区域的特性。
图2的实例是直角切入式磨削的建模过程。
第一步，使用有限元软件（本例中采用了“Deform 2D”）按照给出的几何参数将刀具自动划分网格。
工件划分网格后再施加额外的边界条件。
根据工件的弹性-塑性形变计算结果选择合适的材料模型。
金属切削过程模拟的有限元仿真
金属切削过程模拟的有限元仿真摘要: 本文在建立车削三维有限元模拟基础上，运用有限元对车削过程中车削的变形系数，工件与刀具的温度分布，切削力进行了模拟，并对结果进行了分析讨论。
该模拟的结果对实际工作有重要的现实作用。
关键词：切削 有限元 模拟1 绪 论1.1本课题的研究背景1.1.1微电子等领域突出的散热问题在现代工业领域，有很多专门用途的设备，它们的工作性能和工作效率取决于关键零件的结构和性能，如空气冷却器，热交换器的散热管，激光器热辐射表面，环保设备的过滤表面，螺纹表面等等。
我们把这类起特定作用的表面统称为“功能表面”。
这些表面大多数采用组装式结构（套装、镶嵌、钎焊、高频焊）、切削、滚压等方法加工。
早在19世纪中期，Jone 就提出在管内插入螺旋线以强化蒸汽的冷凝过程，从此人们就开始了在传热管等传热材料上进行翅加工技术的研究。
70年代出现能源危机，研究翅化管的加工技术及其强化传热机理有了进一步的发展，随着加工制造技术的不断进步，近20年来对强化换热元件的研究在化工、能源、制冷、航空、电子等工业部门有了很大的进展，各式各样的强化换热元件层出不穷，为提高传热效率作出了重要的贡献。
但是随着微电子及化工等领域，尤其是微电子领域对产品性能的无限追求，芯片集成度不断提高，带来致命的高热流密度，电子器件的冷却问题越来越突出。
英特尔公司负责芯片设计的首席执行官帕特-盖尔欣格指出，如果芯片耗能和散热的问题得不到解决，到2005年芯片上集成了2亿个晶体管时，就会热得象“核反应堆”，2010年时会达到火箭发射时高温气体喷射的水平，而到2015年就会与太阳的表面一样热。
目前芯片发热区域（cm cm 5.15.1 ）上的功耗已超过105W ，且未来有快速增加的趋势。
芯片产生的这些热量如果不能及时散出，将使芯片温度升高而影响到电子器件的寿命及工作的可靠性，因而电子器件的有效散热方式已成为获得新一代电子产品的关键科学问题之一。
两种典型金属高速切削过程有限元模拟与分析的开题报告
两种典型金属高速切削过程有限元模拟与分析的开题报告题目：两种典型金属高速切削过程有限元模拟与分析的研究一、研究背景金属加工是现代工业生产的重要组成部分，其中高速切削技术是一种重要的金属加工技术。
通过高速旋转的刀具对金属进行切削，可以快速地制造出各种形状的金属零件。
然而，在高速切削过程中，由于切削力、热量等因素的影响，会导致切削质量下降、加工精度降低、设备寿命缩短等问题，因此需要进行优化和控制。
有限元模拟是一种重要的工程仿真方法，已经广泛应用于金属加工领域。
通过建立相应的有限元模型，可以对金属加工过程中的力、温度、应变等参数进行预测和分析，为工艺的优化和控制提供理论依据。
因此，对于金属高速切削过程的有限元模拟和分析研究，具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容本研究将以两种典型的金属高速切削过程——铣削和车削为研究对象，开展有限元模拟与分析研究，探讨切削参数对加工质量的影响，为优化和控制金属高速切削过程提供参考。
1. 铣削过程有限元模拟与分析铣削是一种常见的金属加工技术，其加工过程包括切入、切削和切出三个阶段。
在铣削过程中，切入阶段和切出阶段的切削角度较小，切削阶段的切削角度较大，因此这三个阶段对应的切削力和切削温度分布规律也不同。
本研究将建立铣削过程有限元模型，对切入、切削和切出三个过程的切削力、切削温度等参数进行模拟和分析，揭示不同切削参数对切削力和切削温度的影响规律。
2. 车削过程有限元模拟与分析车削是一种高效的金属加工技术，可以用于加工圆形、柱形等各种形状的零件。
在车削过程中，刀具切入工件后，与之接触的区域产生高温，导致金属发生塑性变形。
本研究将建立车削过程有限元模型，对切削力、切削温度等参数进行模拟和分析，揭示不同切削参数对加工质量的影响规律。
三、研究意义通过本研究，可以深入了解金属高速切削过程中的力学、热学和材料学等基本规律，为优化和控制切削过程提供理论依据。
此外，通过对不同切削参数对切削力、切削温度等参数的影响规律的分析，可以为金属加工工艺的优化和改进提供实用的建议和方法。
切削加工有限元模拟
铝合金A357切削加工有限元模拟1铝合金A357切削加工有限元模型金属切削加工有限元模拟，是一个非常复杂的过程。
这是因为实际生产中，影响加工精度、表面质量的因素很多，诸如:刀具的儿何参数、装夹条件、切削参数、切削路径等。
这些因素使模拟过程中相关技术的处理具有较高的难度。
本文建立的金属正交切削加工热力耦合有限元模型是基于以下的假设条件:（1）刀具是刚体且锋利，只考虑刀具的温度传导;（2）忽略加工过程中，由于温度变化引起的金相组织及其它的化学变化; （3）被加工对象的材料是各向同性的； （4）不考虑刀具、工件的振动；（5）由于刀具和工件的切削厚度方向上，切削工程中层厚不变，所以按平面应变来模拟；1.1材料模型1.1.1A357的Johnson-Cook 本构模型材料本构模型用来描述材料的力学性质，表征材料变形过程中的动态响应。
在材料微观组织结构一定的情况下，流动应力受到变形程度、变形速度、及变形温度等因素的影响非常显著。
这些因素的任何变化都会引起流动应力较大的变动。
因此材料本构模型一般表示为流动应力与应变、应变率、温度等变形参数之间的数学函数关系。
建立材料本构模型，无论是在制定合理的加工工艺方面，还是在金属塑性变形理论的研究方面都是极其重要的。
在以塑性有限元为代表的现代塑性加工力学中，材料的流动应力作为输入时的重要参数，其精确度也是提高理论分析可靠度的关键。
在本课题研究中，材料本构模型是切削加工数值模拟的必要前提，是预测零件铣削加工变形的重要基础，只有建立了大变形情况下随应变率和温度变化的应力应变关系，才能够准确描述材料在切削加工过程的塑性变形规律，继而才能在确定的边界条件和切削载荷下预测零件的变形大小及趋势。
在切削过程中，工件在高温、大应变下发生弹塑性变形，被切削材料在刀具的作用下变成切屑时的时间很短，而且被切削层中各处的应变、应变速率和温度并不均匀分布且梯度变化很大。
因此能反映出应变、应变速率、温度对材料的流动应力影响的本构方程，在切削仿真中极其关键。
正交金属切削过程的有限元分析
正交金属切削过程的有限元分析Chandrakanth Shet,Xiaomin Deng机械工程系，南卡罗来纳州大学，哥伦比亚,SC 29208部，美国1999年4月8日收到摘要在本文中，正交金属切削过程是在平面应变条件下用有限元法分析的。
修改过的库伦摩擦定律模拟了刀-屑接触面的摩擦作用，切屑的分离是基于临界应力准则，并且是利用节点释放过程模拟切屑的分离。
对温度、应力、应变、应变率的领域的有限元法已经获得了一系列的刀具前角和摩擦系数值。
结果显示到-屑接触面的摩擦如何影响场分布的是新的，并添加到现有的知识基础中。
本文还报告了程序和特定的建模技术，他们用于使用通用的有限元计算机代码模拟正交金属切削过程。
本文的研究结果对于理解和改善正交金属切削过程提供了有益的启示。
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关键词：有限元法；正交金属切削；热机械领域1. 引言在金属切削过程中，不需要的材料从工件中以切屑的形式移除来制造所需要的尺寸和精度的成品部件。
金属切削是一个高度非线性的并且热耦合的过程，在这个过程中机械工作是把在切屑的形成过程中和刀具、切屑和工件之间的摩擦工作所涉及的塑性变形转换成热能。
在这样的热机械热量转换中，向上的温度上升到1000℃已经在文献中报道[1,2]。
在金属切削中深入了解材料去除工艺对选择刀具材料和刀具的设计是必不可少的，以及在确保成品的一致尺寸精度和表面完整性。
最早解释金属切削机械的分析模型是由Merchant[3,4]，Piispanen[5]和Lee and Shaffer[6]提出。
这些模型被称为剪切角模型；他们确定了剪切角和刀具前角之间的对应关系。
Kudo[7]提出了弯曲剪切并解释了弯曲切屑和直刀面之间的控制联系。
这些模型完美的假设材料为刚塑性材料。
Palmer[8]和Oxley[9]等提出的分析模型考虑了构件硬化和应变率的影响。
沿着刀具和切屑接触面的摩擦都由Doyle[10]等人纳入了这些粘塑性模型。
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告(一)
金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告(一)金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告挑战：金属难加工材料的切削加工•金属难加工材料的定义•高温、高硬度导致的切削困难•切削加工的关键问题方法：利用虚拟仿真技术进行分析•虚拟仿真技术的定义和优势•应用虚拟仿真技术分析金属难加工材料的切削行为•仿真模型的建立和参数设置结果：切削过程中的问题及研究成果•切削力的变化规律及影响因素•切削温度的分布和变化趋势•切削表面质量和切削力之间的关系讨论：刀具磨损与切削性能的关系•刀具磨损的原因和影响因素•切削力和刀具磨损的关系•如何通过优化切削参数延缓刀具磨损总结：虚拟仿真技术在切削加工中的应用前景•虚拟仿真技术的优势和局限性•未来发展方向和研究重点•为实际切削加工提供参考和决策依据金属难加工材料切削及刀具磨损虚拟仿真报告挑战：金属难加工材料的切削加工•金属难加工材料的定义–金属难加工材料是指具有高硬度、高强度和高耐磨性的金属材料，如钛合金、高速钢等。
•高温、高硬度导致的切削困难–由于金属难加工材料的硬度较高，切削时需要更大的切削力。
–高温会导致材料软化和脆性增加，使刀具损耗加剧。
•切削加工的关键问题–如何降低切削力和温度，提高切削效率和加工质量。
方法：利用虚拟仿真技术进行分析•虚拟仿真技术的定义和优势–虚拟仿真技术利用计算机模拟真实物理过程，可以减少实验成本、提高研究效率。
–通过虚拟仿真可以提前预测切削加工过程中的各种参数和结果。
•应用虚拟仿真技术分析金属难加工材料的切削行为–通过建立切削仿真模型，可以模拟金属难加工材料在切削过程中的变形、热力分布等行为。
–利用仿真结果可以分析切削力、切削温度和切削表面质量等参数的变化趋势。
•仿真模型的建立和参数设置–建立金属难加工材料的切削仿真模型。
–设置切削参数，如切削速度、进给速度和切削用量。
–调整模型和参数以获得准确的仿真结果。
结果：切削过程中的问题及研究成果•切削力的变化规律及影响因素–切削力随着切削速度的增加而增加，随着进给速度的增加先增加后减小。
钛合金Ti-6Al-4V切削加工有限元模拟研究
钛合金Ti-6Al-4V切削加工有限元模拟研究发布时间：2022-06-08T05:24:58.532Z 来源：《中国科技信息》2022年第4期作者：朱文慧姬芳芳[导读] 钛合金切削加工是一个复杂的过程，影响切削加工表面质量、加工精度的因素有很多，朱文慧姬芳芳郑州经贸学院摘要：钛合金切削加工是一个复杂的过程，影响切削加工表面质量、加工精度的因素有很多，而切屑的形成和切削力是影响切削加工的重要因素之一。
本文通过ABAQUS建立钛合金切削加工有限元模型，分别改变刀具前角、切削深度和振动频率，得出了改变这些参数对钛合金切削中切削力的影响，为实际加工中切削参数优化提供理论依据。
为了研究切削过程中有限元模拟的有效性，通过改变切削要素对工件的切屑和切削力的影响结果进行分析，结果表明：有限元模型能够准确地模拟切削过程中钛合金工件产生的切屑变形和表面形貌变化，从而验证了有限元模型的正确性。
关键词：钛合金有限元切削力表面形貌1 引言钛合金材料具有比强度高、比热度高、抗腐蚀性好以及具有良好的导电导热能力，这些优良性能在航空航天、化学器械、石油化工、食品加工、汽车、船舶、核工业等领域得到了广泛的应用[1]。
然而钛合金具有高温化学活性高、导热系数小、摩擦系数大、弹性模量低等特点，导致其难以加工[2]。
通常在有冷却液的环境中采用较低的切削速度来加工钛合金，但加工效率很低，切削成本提高。
因此，国内外学者在如何提高钛合金加工效率，进行了大量的研究[4]。
钛合金切削加工过程中，影响工件表面质量的因素有很多，而切屑的形成和切削力是影响切削加工的重要因素[3-4]。
本文选用ABAQUS对钛合金的切削进行仿真，建立了刀具与工件关于切削力的理论模型、摩擦模型，研究钛合金切削过程改变刀具前角、切削深度、振动频率对切屑的影响，分析过程中的切削力的变化，为确定最佳的切削参数提供参考。
2 三维钛合金切削有限元模型2.1工件材料模型本文选用的是Johnson-Cook本构模型[5]，该模型能够描述材料在高应变率下的热粘塑性变形行为，在高应变速率下表现为应变强化、应变速率强化和热软化强化，Johnson-Cook 模型如公式 (1)所示：(1)式中表示材料的应变硬化效应；ε和表示等效塑性应变和应变率；表示参考应变率；表示参考温度；表示材料熔点；其中A、B、C、n、m 代表五个待定参数，A、B和n表示材料应变项系数，C表示材料应变率强化项系数，m表示热软化系数；其中本文取=0.001，=20℃。
金属切削有限元模拟
（1 ）
（2 ）
(3)
ai x j ym xm yi bi y j ym ci xm x j
f N
e
(7)
e
式中： f ：单元位移列阵 ：单元节点位移列阵
N ：把节点位移转换为单元位移的转换矩阵
位移与应变的关系：
u v v u ， y ， xy x y x y
x
(8)
将（5）,（6）式带入上式 (9)Байду номын сангаас
5
6
k11
①
k12
①+②+③
k13
①+③
②+ ③
k21
①
k22
①+③
k23
①+②+③
k24
k25
③+ ④ ④
K
k31
k32
②
k33
②
k35
②
k36
k42
②+③ ③+④
k44
（ 17）
弹塑性问题中：
e d (对弹性区) D d p d D d （对塑性区）
（18)
位移增量来表示应变增量
e D d B d (对弹性区) p d B d （对塑性区） D
金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题_李涛
*国务院侨务办公室自然科学基金(基金项目:06QZR06)收稿日期:2008年5月金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题*李 涛 顾立志华侨大学摘 要:有限元仿真是研究金属切削的一门有效而重要的技术。
本文介绍在金属切削过程模拟中有限元仿真技术的应用和发展,深入分析和研究工件材料模型、自适应网格划分、切屑分离判别、刀)屑接触面摩擦模型以及刀)屑接触长度确定等五项关键技术;讨论了在实际金属切削过程有限元仿真中的真实性、可操作性、效率等方面应考虑的若干问题。
关键词:有限元, 金属切削, 弹塑性变形, 自适应网格Key Techniques of Finite Element Simulation in MetalCutting Process and Some C onsiderationsLi Tao Gu LizhiAbstract:Fini te element si mulation is an effecti ve and important technology in metal cutting studying.The application and develop ment of fini te element simulation technology in the metal cu tting process is introduced,and the five key technologies includ -ing work -piece material model,adaptive mesh,chip separation criterion,the friction model of too-l chip con tacted surface and too-l chip contacted length determination are researched and analyzed,and some considerations which are authentici ty,operability,eff-i ciency and so on i n fini te element si mulation based on metal cutting process are discussed.Keywords:finite elemen t, metal cutting, elastic -plastic deformation, adaptive mesh1 引言近年来,随着科学和软件技术的进步,已开发了若干可对金属切削过程进行建模、数值模拟仿真的软件(如ANSYS 、DEFORM 、ABAQUS 等),为金属切削过程仿真提供了有效的方法和技术手段。
大型钢板加工的进给机构设计与有限元分析的开题报告
大型钢板加工的进给机构设计与有限元分析的开题报告一、开题背景与研究意义钢板加工作为制造业的重要环节之一，对于保证产品质量和生产效率具有重要意义。
然而，由于钢板尺寸巨大，加工切割难度较大，传统的加工方式已经无法满足需求。
因此，加工设备的设计与优化至关重要。
本文的研究对象是大型钢板的加工设备，重点是进给机构的设计与有限元分析。
进给机构是保证钢板在加工过程中能够被准确定位和稳定加工的关键部分，因此其设计和优化具有重要的实际意义。
本文的研究将进一步推动钢板加工设备的发展，提高钢板加工的效率和质量，促进制造业的升级与发展。
二、主要研究内容1. 进给机构的设计本文将从进给机构的定位精度、加工稳定性等方面出发，基于理论分析和工程实践，设计一种能够满足大型钢板加工需求的进给机构。
依据钢板的尺寸和加工要求，考虑不同类型的进给机构，选择最优方案，实现进给机构的设计。
2. 进给机构的有限元分析通过有限元分析，在进给机构运动过程中，对不同运动状态下进给机构的受力情况和结构变形情况进行分析。
利用有限元分析软件对进给机构的结构进行建模和分析，得出进给机构的应力和变形等参数，评估进给机构的性能。
三、预期研究结果1. 成功设计出一种能够满足大型钢板加工要求的进给机构；2. 运用有限元分析技术，获得进给机构的结构参数；3. 评估进给机构的性能，并优化其结构，使其能够更好地满足加工要求。
四、研究方法本文采用理论分析和有限元分析相结合的方法，结合工程实践，分析钢板加工过程中进给机构的设计与优化问题。
具体的研究方法包括：1. 对传统进给机构的相关理论和研究进行文献调研；2. 根据加工要求，通过理论分析和工程实践，设计出一种新颖的进给机构；3. 利用有限元分析软件对进给机构的结构进行建模、分析和评估；4. 根据有限元分析结果，优化进给机构的结构，满足加工要求。
五、论文结构与进度安排本文的论文结构包括：1. 绪论：阐述本篇论文的研究背景、意义与目的；2. 文献综述：对进给机构相关的理论和研究进行梳理；3. 进给机构的设计：依据钢板的尺寸和加工要求，选择最优方案，设计进给机构；4. 进给机构的有限元分析和优化：利用有限元分析技术进行进给机构受力和结构变形分析，并优化进给机构的结构；5. 结论：总结研究成果，提出进一步研究的方向。
切削过程的有限元模拟
重新划分的判据
（1）几何判据，如边长，内角角度范围； （2）拓扑关系，工件与刀具接触面的接触穿透量； （3）物理判据，如单元体积变化量、等效塑性应变。
重新划分方法（1）特征法；（2）网格细化（3）网格 粗化。
接触穿透现象如图示，由于计算中所用的是节点参数， 穿透往往发生在积分点处，可以通过判定接触穿透量判 定是否需要重构网格
切削中的有限元应用
切削有限元模型的建立（几何模型、材料
模型、摩擦模型、传热模型、刀具磨损模 型）
切削过程的有限元分析（网格自适应划分、
切屑分离准则）
一、几何模型
最为常用的二维正交切削，两大假设：
1、平面应变状态假设：当切削宽度大于等于5倍进给量 时，将模型看成平面应变状态，在二维空间中研究切削 现象。 2、刚体假设：由于刀具相对于材料的弹性模量通常比 较大，在加工过程中相对于材料的大塑性变形，刀具的 变形可以忽略不计，因而将刀具看作刚体
2 2 0 0 F1 EA 2 3 1 u P 2 L 0 F 0 1 1 3
可解出F1,F3,u2,进而得出应力值。 可验证结果与传统求解方法结果一致。
一、从以上分析步骤看有限元： 有限元分析（finite element analysis，FEA）将连 续体离散成有限个微小单元，利用数学方法对真实 物理系统进行模拟，求解出满足总的约束条件的每 个微小单元的解，对其进行综合、累积获得整体问 题的解。 二、步骤：确定求解域物理性质与几何区域——理 想化、离散化——建立位移函数与形状函数——得 出单元力学特性——建立结构平衡方程——求解计 算——结果的解释分析
用矩阵表示如下：
TC4钛合金切削过程的有限元模拟
ห้องสมุดไป่ตู้
式中第一项描述了材料的应变强化效应，第二 项反映了流动应力随对数应变速率增加的关系，第 三项反映了流动应力随温度升高指数降低的关系。 Tm、 Tr 分别表示参考应变速率和参考温度， Tm 为材 料熔点。式中 A、B、n、C、m、D、k 是 7 个待定 参数；A、B、n 表征材料应变强化项系数；C 表征 材料应变速率强化项系数； m 表征材料热软化系数； t , m 分别为常温材料熔点。
图 2-1
2.创建工件模型，在弹出的如图 2-2所示的对 话框中，设定模型的名称为 Base，在建模空间选项 中选择 2DPlanar，类型选择 Deformable，基本特征 选择 Shell， 近似尺寸选择 0.01。 点击 Continue 进入 绘制草图步骤。
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1.1 TC4 钛合金切削模型建立的假设 在实际加工钛合金的过程中，会有很多影响加 工过程的因素，这些因素多而且复杂，所以建立有 限元分析的过程非常复杂， 所以为了简化建模过程， 必须对其进行简化，本文中的有限元模型是建立在 以下基础之上的： (1) 刀具是刚体，足够坚硬和锋利，在切削过 程中不发生变形； (2) 被加工的材料是各向同性的，且加工过程 中不出现金相组织变化以及化学成分变化等； (3) 刀具宽度远大于切削宽度，切削过程按照 平面切削进行模拟； (4) 加工过程中不发生刀具及工件的振动。 1.2 TC4 的 Johnson-Cook 本构模型 材料的本构模型一般用于对材料的力学性质的 描述，表示材料在变形过程中的动态部分的响应。 当材料的微观组织结构确定时，变形速度、变形剧 烈程度及变形温度等将会非常明显地影响变形应 力， 所以材料本构模型用流动应力与应变、 应变率、 温度等变形参数之间的数学函数关系来进行表示。 建立材料的本构模型， 是进行材料塑性研究的基础， 同时对材料的加工工艺的制定具有较大的指导意 义。在现代塑性力学研究中，有限元分析是其基础 方法，因此材料流动应力的精准程度是影响分析准 确性的关键。在研究钛合金高速切削的过程中，我 们必须建立准确的材料的本构模型，这是我们进行 切削加工模拟的基础环节，因为只有明确了应力应 变随温度变化的关系，才能够抓住材料在切削加工 过程中塑性变形关系，由此才能在建立边界条件， 施加载荷之后，得到准确的仿真结果。 在对钛合金进行高速切削的过程中，工件会在 高温高压下发生大幅度的弹塑性变形，同时，因为 弹塑性变化过程非常迅速，因此应变、应力以及温 度变化的梯度很大，找到一个合适的能表示这个过 程的本构方程非常关键。现在常用的塑性材料本构 模 型 主 要 有 ： Bodner-Paton 、 Johnson-Cook 、 Follansbee-Kocks、Zerrilli-Armstrong 等模型，而只 有 Johnson-Cook 模型描述材料高应变速率下热粘 塑性变形行为[1]。 Johnson—Cook 模型认为材料在高
金属切削过程有限元仿真技术
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书中，作者还借助Abaqus软件对典型仿真案例进行了详细介绍，包括刀具的 磨损、切削过程的控制以及金属车削和铣削过程的仿真分析等。这些案例让我了 解到有限元仿真技术在解决实际问题中的强大作用，也让我对金属切削过程有了 更直观的理解。
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值得一提的是，本书最后对不同仿真软件的研究结果进行了特性对比，帮助 我认识到各种仿真软件的优缺点，为我在未来的学习和实践中选择合适的工具提 供了宝贵的参考。
目录分析
接下来，本书的第2章到第7章，详细介绍了切削过程有限元仿真的关键技术。 这些技术包括有限元模型的建立、材料本构模型的选取、边界条件的处理、切削 过程的动态仿真等。这些章节不仅提供了详尽的理论知识，也给出了具体的实例， 使读者能够更好地理解和掌握这些关键技术。
目录分析
在第8章和第9章，本书分别对金属车削和铣削过程进行了仿真分析。这两章 的内容是本书的核心，它们详细阐述了如何使用有限元方法对金属切削过程进行 模拟，并给出了具体的仿真结果和分析。这些章节的内容对于理解金属切削过程 的有限元仿真具有非常重要的意义。
谢谢观看
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《金属切削过程有限元仿真技术》——深化对机械制造工艺的理解 在我阅读《金属切削过程有限元仿真技术》这本书的过程中，我深深地被书 中深入浅出的理论知识和丰富的实际应用案例所吸引。这本书不仅为我揭示了金 属切削过程的奥秘，也让我对有限元仿真技术在机械制造领域的应用有了更深入 的认识。
内容摘要
这个模型可以用来预测切削过程中的各种现象，如切屑的形成，切削力的变化，以及工件的变形 等。 本书通过大量的实例展示了如何利用有限元模型对切削过程进行优化。这些实例包括如何优化刀 具设计，如何调整切削参数以改善加工质量，以及如何预测和避免加工过程中可能出现的问题等。 《金属切削过程有限元仿真技术》这本书是一本关于如何利用有限元方法模拟和优化金属切削过 程的实用指南。这本书对于从事机械制造、材料科学、力学等领域的研究者和工程师来说，是一 本非常有价值的参考书籍。
基于ANSYS的金属切削过程的有限元仿真-
金属切削理论大作业2017年04月1基于ANSYS金属切削过程的有限元仿真付振彪，2016201064天津大学机械工程专业2016级研究生机械一班摘要：本文基于材料变形的弹塑性理论，建立了材料的应变硬化模型，采用有限元仿真技术，利用有限元软件ANSYS，对二维正交金属切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真。
从计算结果中提取应力应变云图显示了工件及刀具的应力应变分布情况，以此对切削过程中应力应变的变化进行了分析。
关键词：有限元模型；切削力；数学模型；二维模型；ANSYS1 绪论1.1金属切削的有限元仿真简介在当今世界，以计算机技术为基础，对于实际的工程问题应用商业有限元分析软件进行模拟，已经成为了在工程技术领域的热门研究方向，这也是科学技术发展所导致的必然结果。
研究金属切削的核心是研究切屑的形成过程及其机理，有限元法就是通过对金属切屑的形成机理进行模拟仿真，从而达到优化切削过程的目的并且可用于对刀具的研发。
有限元法对切屑形成机理的研究与传统的方法相比，虽然都是对金属切削的模拟，但是用有限元法获得的结果是用计算机系统得到的，而不是使用仪器设备测得的。
有限元法模拟的是一种虚拟的加工过程，能够提高研究效率，并能节约大量的成本。
1.2研究背景及国内外现状最早研究金属切削机理的分析模型是由Merchant [1][2]，Piispanen[3]，Lee and Shaffer[4]等人提出的。
1945 年Merchant 建立了金属切削的剪切角模型，并确定了剪切角与前角之间的对应关系这是首次有成效地把切削过程放在解析基础上的研究，成功地用数学公式来表达切削模型，而且只用几何学和应力-应变条件来解析。
但是材料的变形实际上是在一定厚度剪切区发生的，而且它假设产生的是条形切屑，所以该理论的切削模型和实际相比具有很大的误差。
1951 年，Lee and Shaffer 利用滑移线场(Slip Line Field)的概念分析正交切削的问题。
金属切削加工仿真分析0512
1. 金属切削有限元仿真分析的意义：先进刀具、柔性夹具、新型冷却润滑和高效程编等技术相结合，是实现高效高品质数控加工的主要途径。
优化高效的切削参数数据库对于合理选择数控加工切削参数，对于实现数控机床和加工过程综合应用效率最优化，对于实现高效低成本加工具有重要的意义。
目前，数控加工企业已经普遍采用CAM软件进行刀具路径的规划和仿真分析，进行机床仿真及干涉碰撞检查。
但数控加工过程的仿真仅停留在刀轨路径仿真优化的几何层面，无法获取加工过程的物理特性。
传统的切削试验方法可以研究切削过程的切削力、切削温度和刀具磨损率等物理量，但是存在着成本高和效率低的缺点。
随着计算机和有限元技术的发展，对加工过程的关键环节进行科学的计算和预测成为可能。
近年来，有限元技术已被广泛应用于切屑形成与流动预测、刀具结构优化设计、工艺参数优化以及结构件的变形预测、控制与校正等相关领域的研究，有关研究结果已成功用于指导生产。
美国Third Wave公司的AdvantEdge FEM和AdvantEdge Production Module系统是商用金属切削有限元仿真软件中的杰出代表。
利用它们可以得到切削力、切削温度、刀具磨损和机床负载等数据，对加工过程进行分析与优化。
利用它们可以在多种方案种进行比较，选择最合适的刀具及其优化的工艺参数，从而提高加工质量，延长刀具寿命，提高生产效率和降低劳动损耗。
2. AdvantEdge系列软件的特点和优势采用AdvantEdge FEM和AdvantEdge Production Module金属切削仿真分析系统对切削过程实现物理仿真、对NC程序进行综合分析及优化，在科学分析的基础上逐步建立优化工艺参数数据库。
AdvantEdge FEM和AdvantEdge Production Module系统在金属切削加工中应用的突出优点主要表现在如下几个方面：（1）揭示许多实验无法获得的物理力学现象，获得实验难以测试的加工过程参数（如切削区的温度分布、应变率、应力和应变等），对不同切削条件下的切屑流动、切削力、刀具温度和应力进行预测，为高效加工提供理论支持；（2）大大减少实验研究的工作量，降低研究投入，缩短研发周期；（3）可以对整个工件的主要加工过程进行仿真分析，对加工变形进行预测，实现工艺参数等优化；（4）对机床、工件、刀具及NC程序进行综合分析，优化工艺参数，使机床负载平衡，降低振动，从而提高加工质量和效率。
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1994年，Zhang和Bagchi建立的正交有限元模型是利用两节点间的连续单元来模拟切削的分离，并以刀具的几何位置条件作为切屑分离的准则。当刀具进行切削时，这些连续的单元会依次分离从而形成切屑和工件的加工表面。
2006年，江苏大学卢树斌采用DEFORM软件建立了二维和三维金属切削模型，研究了高速金属切削原理，模拟了高速切削下切屑的形成过程，并对刀具的磨损状况进行了预测。
2007年，刘胜永等讨论了二维切削中摩擦系数对切屑变形、切削温度等的影响。
综上可见，尽管国内外关于金属切削过程有限元模拟方面的研究工作已经开展多年，三维有限元模型也被越来越多的人采用，但三维有限元模型中的多数工作也仅仅是针对简化后几何结构，且很少涉及到刀具的磨损，其模拟结果有较大的理想型，在一定的程度上限制了模拟结果对实际加工的预测和指导意义。
（2）实际切削过程的诸多工艺因素的影响在切削加工模拟中不在被简化或忽略。例如，车床的振动、冷却液、切削过程中的非正交、间歇切削等。
（3）在实际切削加工中，工件材料的组织性能变化非常复杂，在特定的刀具-工件系统中，具备发生相变的热力学和动力学条件。成分和组织的变化将引起性能的变化，因此工件材料一旦发生相变，刀具材料的磨损机制、切削力、切削变形和加工表面质量也将发生相应变化。但是，目前在这方面的研究还很少。
1985年，Stren-Kowski和Carrol建立了一个较新的有限元模型，此模型包括一个基于有效塑性应变的切屑分离准则，一些以前被忽略的参数被考虑进有限元模型，如构件、刀具被考虑为弹塑性材料，刀具与切屑之间的摩擦等。
1990年，Stren-Kowsk和Moon利用Eluer有限元模型研究正交切削，模拟了切屑形状，预测了工件、刀具以及切屑中的温度分布；Usui等人首次将低碳钢流动应力假设为应变、应变速率和温度的函数，以此模拟了连续切削中产生的切削瘤，而且在刀具和切屑接触面上采用库伦摩擦模型，利用正应力、摩擦应力和摩擦系数之间的关系模拟了切削工艺；Komvopoulos和Erpenbeck用弹塑性有限元模型研究了钢质材料正交切削中刀具侧面磨损、积屑瘤及工件中的残余应力等。
金属切削数值模拟的首要任务就是切削模型的建立。早在1937年，著名学者Piispanen最先建立了切削模型（卡片运动模型）。这一模型是一个比较理想化的模型。它把稳态切削状态下产生切屑的原因描述为一叠卡片在刀具的挤推作用下沿着刀具的前刀面滑动而形成，并假象剪切区域是在一个绝对的平面上，因此，它无法解释切屑卷曲变形等问题。但是，它为以后切削模型的建立奠定了良好的基础。
1981年，Usui、Maekawa和Shirakashi等学者假设工件的流应力是应变、应变率和温度的函数，利用有限元法建立刀刃切削连续产生切屑的模型，采用库伦摩擦定律处理切屑-刀具接触面的发向力、摩擦力及摩擦系数的关系。
1982年，Usui和Shirakashi为了建立稳态的正交切削模型，第一次提出了刀面角、切屑几何形状和流线等概念，预测了应力应变和温度等参数；1984年，Iwata利用等塑性有限元方法分析了在低切削速度、低应变速率下的稳态切削。但是，他们都没有考虑弹性变形，所以没有计算出残余应力。
（3）切削的控制和刀具设计 前刀面形状的设计对于控制切屑的流动和减少刀具的受力、磨损和失效具有非常重要的意义。切屑的流动和控制也主要依赖于刀具的几何形状和切削条件。
（4）目前有限元在实际生产中的应用主要在研究刀具设计和材料加工性能发面。由于其计算时间太长还无法应用到制造车间作为在线控制和优化工具，只能作为离线的评价工具。这说明需要对影响切削加工的各要素做进一步研究
（5）迭代收敛法由于其计算效率高仍然是是研究稳态切削的重要工具：弹塑性自适应网格更新拉格朗日法是最完善的研究非稳态切削的方法：在弹性形变可以忽略和减少计算量的时候可以选用钢塑性模型。
4.应用领域：
（1）积屑瘤的形成机理 在切削大多数多相合金的时候，在一定的切削速度下，就会形成积屑瘤。积屑瘤是一小块来自切屑和工件材料所构成的楔形金属，它包围着切削刃，能够代替前刀面和切削刃进行切削。
（2）易切刚的可加工性 易切钢相对于普通碳钢在低速切削时，具有切削力小，剪切角比较大的特点。对这一现象的解释是易切钢中内含的MnS颗粒对主变形区的金属起到了脆化作用，同时又对前刀面起到了润滑效果。
1959年Palmer和Oxley、1961年Oxley等在他们的模型中考虑了构件硬化和应变率对加工过程造成的影响，使材料模型更加的合理；1965年Kudo建立了切屑卷曲模型，但这些模型都没有考虑切削热对材料的影响。
有限元方法最早被应用在切削加工的模拟是在70年代，1973年，B.E.Klamechi最先系统的研究了金属切削加工中切屑形成的原理，并用三维有限元模型分析了切屑形成的初始阶段。
2.发展趋势：
到目前为止有限元法更多的是作为理解切削加工机理的重要工具。随着研究的进一步深入，预期下列几方面将成为研究的重点。
（1）切削模型的进一步完善化。目前，大多数研究工作者还是致力于建立能反映一般切削过程的切削模型。将来反应切削过程中各种特定现象的切削模型将成为研究的热点。例如，能反应积屑瘤、鳞刺、切削层中的分流等现象的切削模型，以期通过对这些模型的分析，更好的阐明切削过程中各种现象的本质，提出控制这些现象的措施，进而建立能根据切削过程各种力学参数的变化而预测切削结果的预测理论。
2003年，宋金玲等通过计算机模拟金属切削连续稳态成屑过程，以三角元素进行有限元网格划分，采用Von-Mises屈服判据和Prandtl-Reuss流动定律，对工件切屑进行弹塑性变形及受力分析。
2004年，邓文君等华南理工大学建立了高强度耐磨铝青铜的正交切削有限元模型，该模型用了热-力耦合方法，形成的是连续形切屑。刀具使用增量步法移动，使用有限元分析软件MARC的网格重复技术，对刀具开始切削到切削温度达到一个稳定的状态的切削过程进行了有限元仿真。分析了在不同的切削速度和切削深度下应力、应变、温度、应变速率以及切屑形状，该模型也是二维模型。
毕业论文开题报告
题 目金属切削过程的有限元模拟
学生姓名李飞峰学号**********
所在院(系)机械工程学院
专业班级机自S1102班
指导教师王燕燕
2015年3月15日
题 目
金属切削过程的有限元模拟
一、选题的目的及研究意义
金属切削过程是机械制造业中最重要的过程之一，它在机械制造工业中占据着重要的地位，并对国家经济和技术的发展有着深远的影响。金属切削加工的实质就是刀具和工件的相互作用用刀具切除工件上多余的金属层，从而获得形状、精度及表面质量都符合要求的工件的过程。在此过程中会伴随着各种现象，如切削变形、切削力、切削热、刀具的磨损与耐用度等，并且这些现象严重影响着产品的质量及生产成本。实际上，切削过程是一个很复杂的过程，它涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学还有热力学、摩擦学等诸多学科。切削质量受到刀具形状、切屑的流动、温度分布、热流和刀具磨损等影响，切削表面的残余应力和残余应变严重影响了工件的精度和疲劳寿命。为了研究金属切削的机理，使切削参数的选取、刀具的设计更加合理，学者们已经做了大量的研究工作,先后建立了许多简化的力学模型，其中比较著名的有Merchant切削模型和Oxley切削模型，对切削机理的研究起到了积极的推动作用。但是切削过程中各个变形区的变化过程、应力分布、应变分布、切削温度的分布等，仅仅通过解析法求解是不能解决的。随着计算机硬件技术和软件技术的快速发展，有限元（FEM）已经成为金属切削过程仿真的有效工具，实践证明，采用有限元来数值模拟解决工程实际问题能够达到所需的精度具有很高的可靠性。而且还可以得到许多从实验中很难得到的重要数据，仿真结果形象，直观，对实践有着很高的指导价值。利用有限元仿真技术研究金属切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。并且能够方便地分析各种工艺参数对切削过程的影响，为优化切削工艺和提高产品精度与性能提供理论和实用手段。有限元所提供的分析方法，对于实际生产中工艺参数的优化，切削质量的控制，刀具设计提供了依据，同时对于提高金属切削效率并改善加工表面质量，优化加工工艺具有重要意义。
1940年，最早研究金属切削机理的是Merchant,Piispanen,Lee and Shaffer等人，他们建立了金属切削的剪切角模型，并确定了剪切角与前角之间的对应关系。此后，大量学者开始将切削过程中的摩擦、高速应变率、加工硬化和切削温度对工件和加工精度的影响考虑到切削的模型中去，这使得对金属切削仿真计算的结果与实际测量数据更加接近，增加了人们对金属切削机理的认识。
1995年，Shih建立了一个二维应变有限元模型来模拟正交切削连续切削形成的过程。其中工件材料考虑了弹性、粘塑性、温度、大应变和高应变效率，同时引入不平衡力的递减方法来改善切屑形成时单元分离过程中的稳定性。并建立了粘-滑动摩擦模型，用来解决切削-刀具接触面的摩擦问题。
1996年，Sasahara和Obikawa等利用弹塑性有限元法，忽略了温度和应变速率的效果，模拟了低速连续切削时被加工表面的的残余应力和应变；Zone-Ching Lin，Yuung-Der Yarng利用更新的拉格朗日方程及增量理论建立了三维弹塑性有限元模型，并研究了不同切削速度下切削中碳钢时切削力及残余应力的变化。
（6）最后值得一提的是，纳米级的微细切削加工模拟也已经出现。可见从微观角度来研究切削加工机理也开始被重视起来。
3.研究方法：
本课题采用有限单元法对金属切削过程进行分析，它的基本思想是将一个连续体离散化，即将连续体变换成为由有限数量的有限大的单元体的集合，而且认为单元之间只通过被称为节点的连接点连接起来。由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身有可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。
2002年，P.J.Arrazola，F.Meslin，C.R.Lin，Y.B.Guo等人对三维金属切屑过程的模拟进行了深入研究，分别建立了金属切削仿真的二维和三维切削模型，他们采用了网格自适应重划算法来解决刀-屑接触区局部单元所产生的大变形问题，分析了切削过程中的工件和刀具中的温度场、VonMises应力分布等，成功的模拟了切削的性形成过程。