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通力公司金属切削软件功能介绍ThirdWaveAdvantEdge通力有限公司北京市崇文区广渠门南小街领行国际中心1-1-1201电话:+86-10-67174868-106传真:+86-10-67174866E-Mail:maoying@ufc.com.cnWeb:为满足国内企业对金属切削加工有限元仿真技术应用的需求及引进国外的先进技术,通力有限公司从2006年开始代理美国ThirdWaveSystems公司金属切削仿真软件,为国内制造业行业提供金属切削仿真有限元解决方案。ThirdwaveAdvantEdgeFEM是一个基于材料物性的有限元金属切削仿真软件。通过软件仿真替代大量的试切,避免试切过程中材料的浪费,也节省了时间,缩短设计、加工周期。更重要的是软件仿真为实际加工提供理论依据,避免传统加工中单方面凭借经验而导致技术的不可复制性、零件质量不可控性。目录一、工艺类型…………………………………………………………………1二、仿真能考虑的加工环境…………………………………………………6三、后处理……………………………………………………………………8四、实际应用情况……………………………………………………………12一、工艺类型:车削、铣削、钻孔、攻丝、镗孔、切槽、锯、拉削。(一)车削:支持2D、3D仿真。可以仿真抽象成直面,也可以仿真曲面加工。1.车削2D仿真:A.常规切削仿真。B.进给在1微米以下的微切削仿真。2.车削3D仿真:A.B(二)铣削:支持顺铣、逆铣的2D和3D仿真。1.铣削2D仿真2.铣削3D仿真(含斜坡铣、锸铣等)A.实体刀具a)b)c)d)e)1B.可转位刀具a)b)c)d)e)f)C.玉米铣a)b)c)(三)钻孔、攻丝、镗孔:支持3D仿真。可从仿真刀具刚接触工件开始仿真,也可从刀具深入钻孔开始甚至刀具穿透工件。21.钻孔3D仿真实体刀具可转位刀具2.攻丝3D仿真3.镗孔3D仿真(四)切槽:支持3D仿真3(五)锯:支持2D仿真(六)拉削:支持2D仿真4二、仿真能考虑的加工环境(一)工件和刀具部分1.工件几何2D工件几何A.软件自带画图工具B.输入工件几何关键数据C.导入STEP格式文件3D工件几何A.输入工件几何关键数据B.导入STEP格式文件2.刀具几何2D刀具几何A.软件自带画图工具B.输入刀具几何关键数据C.读入刀具库中Sandvik刀具D.部分工艺可以读入DXF格式刀具3D刀具几何A.导入STL、STEP、DXF、Nastran、VRML格式刀具几何B.输入刀具几何关键数据3.工件及刀具材料:A.复合材料:除了常规的单一材料,还支持复合材料。昀多定义5种材料。5B.材料库:软件有丰富的材料库:铝、钢、不锈钢、铸铁、镍钛合金等100多种材料。软件自带材料可以查看材料成分,以便查找国内对应的材料。(工件材料库详见附件1)C.自定义材料:客户可以根据材料本构方程自己定义。(二)切削参数该软件可以定义进给、速度、轴向切深、径向切深、初始温度等因素(三)其他环境可以定义刀具振动、摩擦系数及冷却液对加工的影响。其中冷却液提供3种添加方式,并可以定义冷却液的传热系数。6三、后处理(一)结果的表现形式1.云图ThirdWaveSystems3131ResultsVisualization:2.曲线ThirdWaveSystems2929ResultsVisualization:FeedForceCuttingForce3.3D结果比较分析图ThirdWaveSystems3232ResultsVisualization:3DPlots0100200300400CuttingForce100200300400FEED(MicroMeter)100020003000SPEEDFX39837535132830528225823521218816514211995724.导出数据7(二)仿真可以得到的结果1.加工的动画过程。2.温度场。3.应力场、塑性应变率。X(mm)Y(mm)212223242526012345Temperature(C)40035030025020015010050ProjectName:al380_150_082_000_020X(mm)Y(mm)20212223242526012345Temperature(C40035030025020015010050ProjectName:al380_300_082_200_020X(mm)Y(mm)20222426012345Temperature(C)40035030025020015010050ProjectName:al380_150_248_000_020X(mm)Y(mm)222324252627012345Temperature(C)40035030025020015010050ProjectName:al380_300_082_000_0204.切屑打卷、切屑形成、切屑断裂。5.刀具的磨损。刀具磨损仿真主要采用日本的Usui算法。6.残余应力。87.图表曲线展示:切削力、温度、功率、扭矩。8.毛刺的形成。后处理输出结果与实际应用对照表ThirdWaveSystems3434ResultsInterpretation:OutputItsUseTemperaturePredictingToolLifeHeatintoWorkpiece,ChipandToolHeatDeformationStressesToolFailureStrainsWorkHardenedSurface,Depth,HardnessCuttingForcesPowerConsumptionWorkpieceDeformationChipMorphologyChipBreakageChipControlBurrPrediction9(三)仿真结果的精确度该软件在金属切削仿真中具有明显优势。是世界上唯一专业的金属切削仿真软件。其结果的可信度高。这是一个切削力的实际测试结果和软件仿真结果的对比数据。主切削力的仿真精度可以达到90%以上。ThirdWaveSystemsThirdWaveSystemsConfidentialConfidentialConfidentialAISI4130SteelChipValidation00.10.20.30.40.50.60.712345678CaseNumberTestDataPredicted7ThirdWaveSystemsThirdWaveSystemsConfidentialConfidentialConfidentialChipBreakagePredictionChipBreakagePredictionActualChips(PhotoCourtesyofCaterpillar)ModelingChips(SandvikPFGeometry)2图为仿真切屑的准确度10四、实际应用情况ThirdwaveAdvantEdge软件自1997年投入市场以来,已经形成了国际上庞大的用户群。国际知名刀具厂商、航空航天、汽车行业等都是该软件的忠实客户。(一)目前的国际客户11(二)应用案例分析A:三种刀具几何切削性能对比ThirdWaveSystemsInsert1Insert2Insert34340_1b..twt4340_2b.twt4340_3b.twt(baseline)5Time(s)FeedForce00.0010.0020.003-200-10001002003004005006007008004340-3b4340-2b4340-1bFeedForcevsTimeTime(s)CuttingForce00.0010.0020.0032003004005006007008009004340-3b4340-2b4340-1bCuttingForcevsTimeX(mm)Y(mm)4561234Temperature(C)60055050045040035030025020015010050ProjectName:0_1bX(mm)Y(mm)45671234Temperature(C)60055050045040035030025020015010050ProjectName:0_3bX(mm)Y(mm)4567123Temperature(C)60055050045040035030025020015010050ProjectName:0_2b三种刀具切削仿真及切削力、温度比较B:无涂层刀具与有涂层刀具对比12切屑形成对比前刀面温度对比(有涂层刀具前刀面温度降低了约30度)C:进给及切削速度研究四种切削方案进行对比切削速度(rpm)进给(mm)材料去除率初始方案2500.11base2500.151.5base5000.12base5000.153base仿真后对切削力、温度及切屑进行比较,选择合理的切削参数来提高效率与考虑机床限制切削力对比,速度可以增加到500rpm,进给0.1mm13刀具温度峰值比较,500/0.1温度值与初始方案温度值变化很小切屑对比结论,速度可以提高到500rpm,材料去除率提高一倍,刀具温度增加很小,切削力比初始方案降低了。14AppendixofTablesTableA-1:MaterialCompositionTableA-2:AdvantEdgeMaterialCrossReferenceGuideTableA-3:MaterialPropertiesWorkpieceMaterialUTS(MPa)YS(MPa)Hardness(HRc)15-5PH(Custom7000)98633215-5PH(XM-12)105031615-5PHSST(H1025)114511103635215-5PHSST(H1100)1069103433215-5PHSST(H1150)8967173031115-5PHSST(H925)131712134340917-4-PHSST13651262420300M27262304StainlessSteel50521521235304LStainlessSteel43022243309StainlessSteel144316StainlessSteel150316LStainlessSteel154410StainlessSteel422416StainlessSteel51527597HRb222420StainlessSteel594422StainlessSteel472465Custom40372Aermet100103539362AISI1020505360111AISI1040515350149AISI1045102761233305AISI1045(200Bhn)394200AISI1050(Normalized)58824.5253AISI1050(Q&T)67632297AISI105325602160623AISI1060625370179AISI107025302330627AISI15-B-3229276AISI4120529248AISI4130108988329276AISI41401073821313AISI4140(200Bhn)518200AISI43401300120040372AISI4340M103141381AISI50-B-351004317AISI5160(Normalized)69823247AISI5160(Q&T)853297AISI5210061614AISI8617CoreHardened155146437AISI8617CoreHardened242059600AISI8617Unhardened81478HRb144AISI8620530385149AISI-109596557032293AISI-111852531580HRb150Al1100105Al2014
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