[发明专利]一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法

说明书

本发明公开了一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法，属于机械加工技术领域。该方法基于ABAQUS软件支持，包括以下步骤：a.根据加工工件的刀具参数建立刀具二维有限元模型；b.建立工件二维有限元模型；c.对刀具二维有限元模型和工件二维有限元模型进行装配；d.建立多个分析步；e.对模型进行网格划分；f.对刀具二维有限元模型与工件二维有限元模型的接触属性进行设置；g.设置工件二维有限元模型及刀具二维有限元模型的边界条件；h.将加工完成后未恢复至室温的工件二维有限元模型以Job文件形式保存；i.将未恢复至室温的工件二维有限元模型设置参数重新导入ABAQUS软件；k.残余应力的提取。它具有便于操作，预测精度高等特点。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域。

背景技术

金属切削加工过程伴随着高温、高压、高应变率的塑性大变形。在此过程中刀具对工件产生强大的挤压力，使切削层在高应力、高应变、高切削温度的情况下与基体产生分离，形成已加工表面。因此，在己加工工件中存在着较大的残余应力，由于材料去除而引起的残余应力不仅对已加工件的使用寿命有很大的影响，特别是对其耐蚀性和疲劳寿命有很大影响，同时还影响着零件的形状精度和尺寸稳定性。因此，对加工后工件残余应力大小及分布的预测有重要意义。然而现有的切削仿真的研究主要集中在车削、铣削一次切削加工残余应力的提取和预测，而对多步加工后前工步残余应力对本步加工余量的影响，即多步加工表面残余应力研究很少，故迫切需要一种多步加工残余应力的获取方法，用于模拟和预测多步加工后引起的残余应力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法，它具有便于操作，预测精度高等特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法，该方法基于ABAQUS软件支持，包括以下步骤：

a.根据加工工件的刀具参数建立刀具二维有限元模型，刀具参数包括：前角γ₀、后角α₀、刀尖圆弧半径r、刀具厚度a(mm)、宽度b(mm)，将刀具设置为刚体；

b.根据被加工工件加工的实际几何参数及切削参数，建立工件二维有限元模型；根据被加工工件的材料特性，设置被加工工件的材料参数，所述材料参数包括被加工工件材料的密度、弹性模量、泊松比、热导率、比热容，确定切削用量；设置被加工工件材料的Johnson-Cook本构模型：

(1)式中，σ：流动应力；A：参考应变率和参考温度下的初始屈服应力；B：材料应变强化参数；n：硬化指数；ε：等效塑性应变；C：材料应变率强化参数；为参考应变率；等效塑性应变率；m：材料热软化指数；T：同系温度；T₀：室温；T_m：材料的融化温度；

c.根据所建立的刀具二维有限元模型和工件二维有限元模型，按照实际加工条件，对刀具二维有限元模型和工件二维有限元模型进行装配，调整刀具与工件的相对位置；

d.采用温度-位移耦合分析步，建立多个分析步，用于模拟进刀、多步加工与退刀过程，根据切削次数设置分析步数，对切削力参数及切削温度参数进行输出设置；

e.对模型进行网格划分，其中刀具二维有限元模型设置为以四边形为主的网格，工件二维有限元模型设置为四边形网格，其中刀具二维有限元模型与工件二维有限元模型接触的部分网格加密，网格尺寸小于0.1mm，以保证切削质量以及切屑的形成，其中刀具二维有限元模型与工件二维有限元模型不接触部分网格尺寸大于0.5mm，以保证仿真效率；

f.对刀具二维有限元模型与工件二维有限元模型的接触属性进行设置，选择面-面接触，根据被加工工件的材料设置摩擦系数；