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含杂质塑性材料车削表面形貌的三维有限元分析
[摘要]:面对新的发展需要，国内外机械制造行业不断改进现有的制造工艺。而对于含杂质的材料加工，现有的车削工艺往往不能很好的胜任，尤其是在高精度行业，此类车削工艺急需改进以符合生产实际需要。面对这一需要，本次毕业设计选取常用的塑性材料单晶铜作为研究对象，深入探讨塑性材料中所含的杂质对车削表面形貌的影响。
关键词：杂质，塑性材料，表面形貌，有限元分析
1、前言
课题的目的和意义：实体经济是财富创造的源泉，而制造业是实体经济的重中之重。制造业创造了人类社会60%-80%的财富，而机械制造业中有30%至40%的工作量都是切削加工[1]。随着人们对加工质量要求的提高，一些材料中所含有的杂质影响了车削加工的精度，在高精密加工中这个问题显得尤为明显，于是人们开始寻求提高切削质量的方法，与此同时提高加工效率，并降低加工成本。
随着制造业技术的不断发展，近年来，我国已成为全世界唯一拥有联合国产业分类中所列全部工业门类的国家，工业增加值从1952年的120亿元增加到2018年的30多万亿元，我国跃升为世界第一制造大国。但新的要求又被提出，工业4.0概念和中国制造2025的目标都昭示着未来机械制造行业的发展方向。生产实际迅速的发展对工件材料的性能要求变得越来越高，以切削加工中常见的材料铸钢为例，它广泛用于航空航天，光学仪器，医学仪器等精密行业。这时候传统的车削工艺对于含有杂质的塑性材料铸钢就显现出其劣势了。主要原因是其所含有的杂质会对铸钢产生各种不同的影响，其中一些杂质强度、硬度、都比铸钢高，并且还存在微观硬质点，这时候就迫切需要改进对于含有杂质的铸钢的车削工艺。而除了铸钢之外，铜也是工业制造中的常见塑性材料。在本次课程设计中所研究的便是含有杂质的材料单晶铜，其在实际生产中应用十分广泛，因此对于此类材料加工性能的研究，有助于优化其切削参数的选用以及改进工艺流程，具有十分重要的现实意义。
金属切削过程是一个伴随高温、高热、高应变率的大塑性变形过程，在这个过程中会产生切削力、切削热与切削温度、刀具磨损等诸多现象。其中，切削力是金属切削过程中一个重要的物理现象，切削力直接影响着工件加工质量、刀具寿命、机床动力消耗，是设计机床、刀具、夹具和计算切削动力消耗的主要依据[2]。
对含杂质塑性材料车削过程进行有限元仿真分析，得到车削过程中的切削力曲线、切屑的形成过程及形态、温度场分布、已加工表面形貌等仿真结果，并对切削过程中的不同物理现象做理论分析。
