基于LS-DYNA的单颗磨粒切削加工有限元分析

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ｐ ＝
［ １＋（ ） 一 １一
］
度 和抗破 裂 性 ，因此选 用立 方氮 化硼 做刀 具更适 合加
工 需 要 。 磨 料 粒 度 影 响 磨 削 的 质 量 和 生 产 率 ， 粒 度 的
［ ・１ １ 一）
。＿ 南Ｔ／ １ 选 择 主 要 根 据 加 工 的 表 面 粗 糙 度 要 求 和 加 工 材 料 的力 ｓ ］ ， － ｋ －
刀具 选用 四面体 的立方 氮化 硼颗粒 ，其 具有 极高
的硬 度 、耐磨 性 、耐热 性 以及 相 当高 的韧性 和化 学稳
定 性 ， 因 此 在 切 削 过 程 中可 以 把 刀 具 视 为 刚 体 。 立 方 氮 化 硼 Ｃ Ｎ （ ｕ ｉ Ｂ ｒ ｉｉｅ 是 一 种 仅 次 于 金 Ｂ Ｃ ｂｃ ｏｏ Ｎ ｔｄ ） ｎ ｒ
对 于膨 胀 材料 ，则有 ：
Ｐ ＝Ｐ ｃ ＋ （ ０＋Ｏ ） 。 … … … … … … … （ ） ｏ ｙ ｌ Ｅ ２
其 中 ： 。为材 料 的初 始 密度 ； 为 泊 松 比； Ｐ ｃ为 材 料 常
数 ；ｌｓ、３ ｓ、２ｓ 和 ｏ是 Ｇ ｕ ｅ ｅ ｒｎ ｉ ｎ状 态 方 程 常 数 ； 是 ｙ ｓ ｏ
学性 能 ，一般 来说 ，粗 磨时选 用粗 粒度 ，精 磨时 选择
※ 国家 自然科 学 基 金 资 助 项 目 （ ０ ８ ０ ７ ５ ４ ５３ ） 收 稿 日期 ：２ １ ． ２ ０ ；修 回 １ ：２ １ — ３ ０ ０ ０ １ －３ ３期 ０ １０ — ３ 作 者 简介 ：常 延 晓 （１ ８ ． ， ， 南 郑 州 人 ， 读 硕 士 研 究生 ， ９４ ） 女 河 在 主要 从 事 齿 轮 精 整 加 工 方 面 的 研 究 。
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２・
机 械 工 程 与 自 动 化
２１ ０ １年 第 ３期
细粒度 ，磨削 质软 、塑性 大 的材料应 选用粗 粒度 ，磨
削 质 硬 、脆 性 材 料 宜 用 细 粒 度 。 １ ２ 边 界 条 件 、 加 载 ．
移 ，最先发 生剪切滑 移的材 料在刀 具及工件 材料的共 同挤 压下形成 切屑 ，图 ４为切 削时 间 为 ０ ０ ｓ ． ３ｍ 时接 触 区的平 均应力 分布 图。
行 切 削 。 在 珩 齿 加 工 过 程 中 ，既 有 齿 面 的 相 对 滑 移 ， 又 有 齿 向 的 相 对 滑 移 ， 为 了 能 更 清 楚 地 表 达 珩 削 过 程 ，本 文 对 单 颗 磨 粒 的 切 削 过 程 进 行 了 模 拟 。
１ 模 型 的 建 立 和 边 界 条 件
和 的一 阶体积 修正 量 ； Ｅ为 弹性 模量 。
１ １ 模 型 的 建 立 ． Ａ Ｓ Ｓ建 模 有 二 维 和 三 维 两 种 ， 各 有 优 劣 。 本 ＮＹ
图 １ 珩 齿 加 工 的 三 维 有 限 兀 模 型
文采用 三维模 型 的实 体单 元 Ｓｌ １４ ｏ ｄ ６ ，并 采用 跟 踪 质 ｉ
中圈 分 类 号 ：Ｔ ６ ８ ２ Ｇ １ ， 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
（ ０＋ ） 。 … … … … … … … … … … … … … … （ ） Ｅ １
珩齿 是齿 轮精整 加工 的最 后工 序 ，主要 用来 降低 齿 轮的 表面粗糙 度 、提 高精度 、改善质 量 。它是 利用 齿 面间 的压 力 和 相 对 滑 移 进 行 切 削 的 齿 轮 精 加 工 方 法 。就其 切削 过 程来 说 ，是 依 靠 无 数 锋 利 的 Ｃ Ｎ 磨 Ｂ 粒 ，在 齿轮与 珩磨 轮齿 面 的相对 滑动作 用 下对齿 轮进
刚石 的极 硬 的刀具 材料 ，温 度高 达 ２０ ０ ｏ 还 有极 ０ Ｃ时 佳 的红硬 性 ，虽然 和硬 质合 金相 比更脆 且 导热性 和化 学稳 定性 低 于 陶瓷 ，但 它有 比陶瓷刀具 更 高的 冲击强
方程可 通过 两种方 法定 义压 力一 体积 的关 系 ，从 而 确
定材料 是压 缩还是 扩 张。压 缩材 料 的压力 表示 如下 ：
第 ３期 （ 第 １６期 ） 总 ６ ２ １年 ６月 ０１
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ ．３
Ｊ ｎ． ｕ
文 章 编 号 ：６ ２ ６ １ ２ １ ） ３ ０ ０ — ３ １ ７ — ４ ３（ ０ １ ０ — ０ １ ０
基于 Ｌ Ｓ—Ｄ Ｎ 的 单 颗 磨 粒 切 削加 工 有 限 元 分 析 来 Ｙ Ａ工程学 院，山西 太原 太 ００ ２ ） ３ ０４
摘 要 ：通 过 分 析 珩 齿 加 工 的啮 合 特 点 、超 声 珩齿 切 削原 理 及 运 动 特 性 ，利 用 非 线 性 有 限 元 程 序 Ｌ Ｓ—Ｄ Ｎ Ｙ Ａ， 对 齿 轮 表 面 的 切 削 过 程 进 行 三 维 显 式 动 态 分 析 。 模 型 采 用 单 点 积 分 Ｌ ｇａ ｇ ａｒｎ ｅ算 法 的 三 维 显 示 实 体 单 元 Ｓ ｌ １４， Ｊ ｈ ｓｎ—Ｃ ｏ ｏｉ ６ 以 ｏ ｎ ｏ ｄ ｏ ｋ本 构 模 拟 齿 轮 表 面 材 料 ， 以面一 面 侵 蚀 和 自动 接 触 定 义 接 触 表 面 ， 对 切 削 机 理 进 行 研 究分 析 ，从 而验 证 了切 削速 度 对切 屑 形 态 有 显 著 的影 响 。 关 键 词 ：超 声 珩 齿 ；加 工 机 理 ；单 颗 磨 粒 ；Ｌ Ｓ—Ｄ Ｎ Ｙ Ａ
点 运 动轨迹 的 Ｌ ｇａ ｇ 增 量 法建立 珩 齿加工 的三维 有 ａｒｎ ｅ
限 元 模 型 ，见 图 １ 。 工 件材料 选用 ４ ５钢 ，采 用 Ｇ ｕ ｅｓｎ状 态 方 程 特 ｒｎ ｉ ｅ 定 的 Ｊｈ ｓｎ—Ｃ ｏ ｏｎｏ ｏｋ塑 性 模 型 对 其 进 行 模 拟 。 该 状 态