基于abaqus的切削過(guò)程刀具磨損仿真

1、<p>　　基于ABAQUS的切削過(guò)程刀具磨損仿真</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　切削是機(jī)械加工中應(yīng)用最廣泛的一種加工方式，而其加工過(guò)程中刀具的磨損狀態(tài)是影響加工件質(zhì)量的重要因素。本文針對(duì)切削加工中刀具的磨損狀態(tài)和壽命進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。</p><p>　　分析了切削加工過(guò)程中刀具磨損產(chǎn)生的原因及影

2、響因素，根據(jù)切削的加工的基本原理，應(yīng)用ABAQUS軟件建立了切削的三維有限元仿真模型，通過(guò)對(duì)切削過(guò)程中材料變形與斷裂關(guān)系的分析，選擇了Johnson—Cook本構(gòu)模型，同時(shí)完成了模型材料屬性、網(wǎng)格劃分、摩擦和邊界條件等參數(shù)的設(shè)置，建立了與實(shí)際切削過(guò)程比較相近的有限元仿真模型。</p><p>　　對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真，分析了切削過(guò)程中刀具磨損的分布及變化規(guī)律；針對(duì)不同切削深度、不同切削速度時(shí)刀具磨損程度進(jìn)行

3、了分析，獲得了刀具所受應(yīng)力在各個(gè)方向的分布和變化規(guī)律。為有效控制切削工件表面及刀具應(yīng)力分布，提高工件表面質(zhì)量提供參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞：有限元；磨損；ABAQUS</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Machining is the most widely used machining meth

4、od in machining, and the wear state of the tool in the machining process is an important factor affecting the quality of the workpiece. In this paper, the simulation of the wear state and life of the cutting tool is stud

5、ied.</p><p>　　The causes of tool wear and its influencing factors in the cutting process were analyzed. According to the basic principle of machining, a three-dimensional finite element simulation model of c

6、utting was established using ABAQUS software. Through the analysis of the relationship between the material deformation and fracture in the cutting process, it was selected. The Johnson-Cook constitutive model was used t

7、o complete the setting of parameters such as model material properties, mesh division, </p><p>　　The finite element simulation was performed on the cutting process. The distribution and variation of tool wea

8、r in the cutting process were analyzed. The tool wear degree was analyzed for different cutting depths and different cutting speeds, and the distribution of the stress on the tool in all directions was obtained. The law

9、of change. Provides reference for effective control of cutting surface and tool stress distribution, and improving the surface quality of the workpiece.</p><p>　　Keywords: finite element; wear; ABAQUS</p&

10、gt;<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1背景和意義</b></p><p>　　美國(guó)ABAQUS公司研制開(kāi)發(fā)的一款功能非常強(qiáng)大的非線性有限元軟件就是ABAQUS軟件，能夠分析各種力學(xué)系統(tǒng)、處理十分復(fù)雜的力學(xué)問(wèn)題以及模擬高度等非線性問(wèn)題。直到20 世紀(jì)70 年代的時(shí)候，有限元分析法被應(yīng)用到了傳統(tǒng)

11、的切削加工過(guò)程中，不過(guò)該方法能夠有效提高分析的精度，刀具在切除工件多余材料的同時(shí)，其本身也會(huì)產(chǎn)生磨損的情況。當(dāng)磨損達(dá)到一定的程度時(shí)，刀具便會(huì)報(bào)廢。刀具的磨損不僅與切削參數(shù)有一定的關(guān)系，并且與刀具與工件的化學(xué)成分、物理性能有關(guān)。在ABAQUS中建模成功后，就可以提交、監(jiān)控作業(yè)，最終得到結(jié)果。</p><p>　　另外，刀具磨損的有限元預(yù)測(cè)需要有一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)以及刀具單元及節(jié)點(diǎn)的調(diào)整。通過(guò)調(diào)整傳熱系數(shù)h，獲取了較好

12、的刀具溫度場(chǎng)分布，預(yù)測(cè)了刀具前、后刀面的磨損情況。現(xiàn)有磨損模型可磨損模型分為兩個(gè)類(lèi)型：第一種是切削參數(shù)、刀具壽命型，第二個(gè)是切割過(guò)程中的變量通常是基于一個(gè)或若干磨損機(jī)制。這個(gè)模型是無(wú)力的。一方面，磨損現(xiàn)象被建模成為不連續(xù)的現(xiàn)象的時(shí)間而不是真實(shí)的情況。而另一方面，它是在實(shí)施的限制磨損機(jī)理，即磨損問(wèn)題降低到1或2的磨損機(jī)制。21 世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們對(duì)于刀具切削過(guò)程磨損仿真始終沒(méi)有停止，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者也開(kāi)始了這方面的研

13、究。</p><p>　　本次的研究?jī)?nèi)容是學(xué)習(xí)ABAQUS仿真軟件，利用所學(xué)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，根據(jù)切削過(guò)程，建立切削有限元仿真模型，再設(shè)定一些基本的參數(shù)使得模型能夠剛好運(yùn)用于軟件中，利用有限元軟件對(duì)刀具切削加工過(guò)程進(jìn)行模擬，并對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行研究分析。通過(guò)對(duì)切削加工過(guò)程進(jìn)行有限元仿真，能很好的分析切削速度、切削溫度、切削應(yīng)力以及切削力的影響，從而對(duì)切削過(guò)程中刀具的磨損過(guò)程進(jìn)行仿真。</p><p

14、>　　1.2切削加工技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1.2.1古代切削加工的發(fā)展</p><p>　　切削加工被公認(rèn)為是機(jī)械加工中的一個(gè)重要方法，其主要任務(wù)就是利用刀具來(lái)切除被加工對(duì)象（如工件）上的多余材料，從而得到形狀、精度以及表面質(zhì)量都十分符合要求的表面材料。在當(dāng)時(shí)中國(guó)古代切削加工、原始帶刃工具和兵器都具有世界領(lǐng)先地位，隨后發(fā)展演變成了現(xiàn)代的金屬切削加工技術(shù)。</p>

15、<p>　　從切削加工和金屬切削加工上來(lái)說(shuō)，我國(guó)的歷史非常悠久。距今約170萬(wàn)年前的舊石器時(shí)代，云南元謀猿人已經(jīng)開(kāi)始使用石砍砸器了。約50到60萬(wàn)年前的北京猿人，就已經(jīng)發(fā)明制造出了各種各樣帶刃的石器，如砍砸器、刮削器和尖狀器。盡管古老的工具十分粗糙，但是它們奠定了人為加工的基礎(chǔ)，同時(shí)這些古老的工具也是研究切削加工起源發(fā)展的歷史資料。在那個(gè)時(shí)期，人類(lèi)可以根據(jù)不同的具體需要制造出不同用途的工具比如切削刀具。原始的切削加工過(guò)程已

16、經(jīng)具備三個(gè)基本要素：刀具、被加工對(duì)象還有切削運(yùn)動(dòng)。刀具和切削加工的發(fā)明在人類(lèi)歷史上扮演著濃墨重彩的角色。歷史學(xué)家認(rèn)為，發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用刀和火可以說(shuō)是人類(lèi)最偉大的兩項(xiàng)發(fā)明，也是人類(lèi)登上歷史舞臺(tái)的一個(gè)重要標(biāo)志。</p><p>　　在春秋戰(zhàn)國(guó)初期，我國(guó)就發(fā)明了生鐵鑄造的技術(shù)，至少比西歐早1800年。另外滲碳、淬火以及煉鋼技術(shù)的發(fā)明，為制造堅(jiān)硬鋒利的工具打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。后來(lái)又出現(xiàn)了鐵制工具，它使切削加工進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。

17、在這個(gè)時(shí)期中出土的切削工具都比較精致一些，很多青銅器上都出現(xiàn)了用金屬刻縷的紋飾以及鉆孔的痕跡。到了春秋中晚期，有手工工作者寫(xiě)了一部《考工記》，它是我國(guó)現(xiàn)存的最早的工程技術(shù)著作。在這一時(shí)期，人們已經(jīng)能比較熟練地掌握多種加工方法，并且包括一部分切削加工[5]。</p><p>　　1.2.2近代的切削加工</p><p>　　在公元1750~1900年這段時(shí)期內(nèi)，發(fā)展最迅速的行業(yè)當(dāng)屬機(jī)械工程，

18、機(jī)械工程是由別的學(xué)科工程中分離出來(lái)的一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科工程。當(dāng)然，切削加工在這段時(shí)間內(nèi)也發(fā)展迅猛。機(jī)械工程以及切削加工的發(fā)展歷史，是跟英國(guó)的工業(yè)革命密不可分的。在當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，紡織業(yè)、采礦業(yè)以及軍工業(yè)的興起，使得對(duì)加工技術(shù)方面提出了更高的要求。必須解決相對(duì)應(yīng)的加工技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的發(fā)明設(shè)計(jì)。機(jī)械制造業(yè)技術(shù)不斷提高以滿(mǎn)足社會(huì)的發(fā)展需要。在1776年，瓦特發(fā)明出第一臺(tái)蒸汽機(jī)，他當(dāng)時(shí)遇到的最大困難就是氣缸的鏜孔加

19、工。由于當(dāng)時(shí)的加工方法十分的落后，氣缸與活塞之間的空隙又很大，出現(xiàn)了漏氣的問(wèn)題，即使在空隙處填滿(mǎn)了布、皮革或者油脂也無(wú)濟(jì)于事。幸運(yùn)的是鐵器制造商威爾金森及時(shí)幫助瓦特解決了這個(gè)漏氣嚴(yán)重的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)明和設(shè)計(jì)，需要不斷地提高工藝加工水平和制造加工技術(shù)。金屬的切削加工工藝十分復(fù)雜，它涉及到的領(lǐng)域十分廣泛，比如斷裂力學(xué)、熱力學(xué)以及固體力學(xué)。所以如果想要提高零件的加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和提高加工效率，就需要研究金屬的切削加工過(guò)程。并

20、且一直以來(lái)，表面外部加工效應(yīng)，如表面粗糙度認(rèn)為是評(píng)價(jià)</p><p>　　1.2.3工件與刀具的交替發(fā)展及其動(dòng)力</p><p>　　在切削加工的這個(gè)過(guò)程中，刀具與工件既對(duì)立又統(tǒng)一。當(dāng)其中一方有了進(jìn)展或者提出了新的問(wèn)題的時(shí)候，會(huì)推動(dòng)另外一方的前進(jìn)和發(fā)展。只要刀具性能提高了，就會(huì)反過(guò)來(lái)推動(dòng)工件更快發(fā)展，然后工件又會(huì)推動(dòng)刀具繼續(xù)前進(jìn)。如此循環(huán)往復(fù)，就是刀具和工件的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系。</p&g

21、t;<p>　　高速鋼剛發(fā)明出來(lái)時(shí)，對(duì)于當(dāng)時(shí)加工的需要，刀具材料大體上是符合要求的。然而，進(jìn)入20世紀(jì)以后，各種合金鋼和鑄鐵作為主要的工件材料，其機(jī)械性能日益提高。尤其是進(jìn)入20世紀(jì)中葉以來(lái)，出現(xiàn)了各種高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、不銹鋼、高硬耐磨鑄鐵、高溫合金、鈦合金，以及各種非金屬材料，然而高速鋼刀具加工這些材料時(shí)效率非常低。這樣，就需要改變高速鋼的化學(xué)成分，改進(jìn)它的熱處理方法，并提高它的切削性能。比如硬質(zhì)合金的硬度十分高，它可以

22、加工高速鋼所不能加工的材料。但是，硬質(zhì)合金的脆性又很大可加工性又差，所以硬質(zhì)合金只能在部分加工范圍內(nèi)來(lái)代替高速鋼使用。后來(lái)，市面上隨之又出現(xiàn)了陶瓷、立方氮化硼、人造金剛石等更先進(jìn)的刀具材料，并且這些刀具材料的硬度、剛性和耐磨性都超過(guò)了硬質(zhì)合金。然而，這些新刀具材料脆性都比較大，并且價(jià)格昂貴。新刀具材料對(duì)于加工情況不適應(yīng)也就使得新材料不是那么普遍的被應(yīng)用。目前的情況就是切削加工行業(yè)仍處于大量使用高速鋼與硬質(zhì)合金的時(shí)代。而在19世紀(jì)到20世

23、紀(jì)初，想要加工這些材料是根本不可能做到的。我們了解刀具材料的發(fā)展歷史可以預(yù)測(cè)更難加工的工件材料以后還會(huì)不會(huì)出現(xiàn)，并對(duì)刀具提出更高的要求以至于再出現(xiàn)更為</p><p><b>　　1.3刀具磨損理論</b></p><p>　　刀具磨損則是切削加工中最基本的問(wèn)題之一。只要深入了解刀具磨損，就可以幫助用戶(hù)延長(zhǎng)刀具的壽命。刀具磨損傳統(tǒng)意義上可分為磨粒磨損、擴(kuò)散磨損、氧化磨

24、損、疲勞磨損和粘結(jié)磨損。刀具磨損機(jī)理指的是在金屬切削加工過(guò)程中，能量的表現(xiàn)形式為產(chǎn)生的熱量和摩擦。刀具因?yàn)楹芨叩谋砻尕?fù)荷和切屑沿刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦處于一種極具挑戰(zhàn)性和極危險(xiǎn)的加工環(huán)境中。此時(shí)切削力的大小通常會(huì)發(fā)生上下波動(dòng)，主要取決于不同的加工條件(如工件材料中存在硬質(zhì)成分，或進(jìn)行斷續(xù)切削)。所以，為了在切削的高溫情況下保持它的強(qiáng)度，就要求刀具應(yīng)該具有一些基本的特性，包括極好的韌性、良好的耐磨性以及較高的硬度。刀具的磨損

25、并不是由一種磨損機(jī)理可以決定的，而是幾種磨損機(jī)理相互共同作用的結(jié)果。</p><p>　　粘結(jié)磨損是刀具磨損中最常見(jiàn)的一種磨損情況，指的是工件的加工表面與刀具之間接觸處產(chǎn)生粘結(jié)點(diǎn)的情況，通常粘結(jié)點(diǎn)是在溫度和壓力等因素下影響下產(chǎn)生的。在加工過(guò)程中，粘結(jié)點(diǎn)會(huì)逐漸脫落并帶走刀具的多余材料，從而就會(huì)產(chǎn)生磨損[11]。一般來(lái)說(shuō)刀具所受到的應(yīng)力大小會(huì)影響刀具的磨損情況，那么就應(yīng)該對(duì)刀具的應(yīng)力進(jìn)行研究，這樣才能深度了解刀具的切

26、削參數(shù)對(duì)刀具磨損的具體影響。目前來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的研究是針對(duì)無(wú)磨損的刀具，然而忽略了刀具在切削過(guò)程中會(huì)發(fā)生塑性變形的問(wèn)題。那么，如今就應(yīng)該研究已經(jīng)磨損的刀具應(yīng)力變化規(guī)律對(duì)于刀具磨損產(chǎn)生的影響。</p><p><b>　　1.4本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要討論了ABAQUS軟件的國(guó)內(nèi)外情況以及我們進(jìn)行本次研究的意義，并詳細(xì)介紹了切削加工技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。從古

27、代到近代再到現(xiàn)代切削加工發(fā)展的速度十分迅猛。最后緊扣本次研究的主題，介紹了刀具磨損理論的形成與發(fā)展，為后面的切削過(guò)程中分析刀具磨損的任務(wù)做好理論基礎(chǔ)。</p><p>　　2 切削過(guò)程有限元模型的建立</p><p>　　2.1工件和刀具的基本設(shè)置與裝配</p><p>　　首先創(chuàng)建工件和刀具模型，再創(chuàng)建一個(gè)鋼板模型，以推動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)。設(shè)置參數(shù)完畢將部件網(wǎng)格化再進(jìn)行

28、裝配。打開(kāi)ABAQUS軟件，在主菜單中選擇部件，下拉菜單選擇創(chuàng)建。如圖2.1所示在彈出的對(duì)話(huà)框中模型空間選擇三維，類(lèi)型選擇可變形，基本特征選擇實(shí)體拉伸，近似尺寸100。點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)入繪制草圖步驟。</p><p><b>　　圖2.1創(chuàng)建部件</b></p><p>　　2.1.1創(chuàng)建工件模型</p><p>　　在隨后出現(xiàn)的草圖繪制模塊中，建立

29、一個(gè)35mm×15mm的四邊形，點(diǎn)擊完成輸入拉伸深度8mm,然后完成工件的創(chuàng)建即可。</p><p>　　2.1.2 創(chuàng)建切削平面</p><p>　　在主菜單選擇工具，在下拉菜單中選擇分區(qū)，如圖2.2在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中選擇邊然后輸入?yún)?shù)，選擇部件的三條豎直邊分割出三個(gè)點(diǎn)，然后根據(jù)三點(diǎn)確定一個(gè)平面把工件分區(qū)。如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.2工件

30、模型 圖2.3創(chuàng)建分區(qū)</p><p>　　2.1.3 創(chuàng)建刀具模型</p><p>　　按照以上方法再次創(chuàng)建一個(gè)三維可變形模型，近似尺寸選擇50。進(jìn)入草繪繪制模板中，按照?qǐng)D所示2.4尺寸繪制，拉伸深度設(shè)為3mm,完成后對(duì)刀具進(jìn)行倒角設(shè)置，倒角半徑0.05mm。刀具如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.4刀具尺寸繪制</p

31、><p><b>　　圖2.5刀具模型</b></p><p>　　2.1.4 創(chuàng)建動(dòng)力塊模型</p><p>　　按照以上方法創(chuàng)建一個(gè)三維可離散剛性模型，近似尺寸選擇200，如圖2.6所示。然后繪制草圖即可，按照?qǐng)D所示2.7尺寸繪制。就得到動(dòng)力塊模型。</p><p>　　圖2.6創(chuàng)建動(dòng)力塊部件</p>&l

32、t;p>　　圖2.7動(dòng)力塊尺寸設(shè)置 </p><p><b>　　2.1.5裝配</b></p><p>　　點(diǎn)開(kāi)模塊中的裝配選項(xiàng)，將已經(jīng)創(chuàng)建好的工件、刀具以及鋼板導(dǎo)入裝配界面進(jìn)行裝配。確定后刀具和工件就會(huì)出現(xiàn)在主窗口中，然后根據(jù)平移、旋轉(zhuǎn)等操作完成裝配，如圖2.8所示即為裝配好的效果圖。</p><p><b>　　

33、圖2.8裝配圖</b></p><p>　　2.2工件和刀具對(duì)應(yīng)參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　2.2.1工件的材料與參數(shù)設(shè)定</p><p>　　工件的材料選用鈦合金材料，Ti6AI4V等新興材料經(jīng)常被應(yīng)用到飛機(jī)制造、軍工業(yè)等各行各業(yè)中。應(yīng)用傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法來(lái)研究切削加工中各種參數(shù)以及優(yōu)化的方法費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且很多實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)都不準(zhǔn)確。所以運(yùn)用有限元分析的

34、方法構(gòu)建切削模型具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>　　Johnson-Cook材料模型能夠很好地反映出材料加工中各因素的綜合效應(yīng)。因此可以選用Johnson-Cook材料模型作為T(mén)i6Al4V切削加工的材料模型。編輯材料各項(xiàng)性能。編輯彈性類(lèi)型為各向同性，楊氏模量設(shè)為110000MPa，泊松比設(shè)為0.33。</p><p>　　圖2.9工件彈性參數(shù)設(shè)置</p><p

35、>　　點(diǎn)擊選擇熱學(xué)選項(xiàng)中的比熱，比熱類(lèi)型選擇常體積，場(chǎng)變量個(gè)數(shù)默認(rèn)為0，比熱值設(shè)為670000000 J/(g·℃)。</p><p>　　圖2.10工件比熱參數(shù)設(shè)置</p><p>　　熱膨脹指的是固體材料在受熱以后，固體內(nèi)部晶格不斷振動(dòng)加劇所引起的容積膨脹，然而晶格振動(dòng)的激化則會(huì)導(dǎo)致熱運(yùn)動(dòng)能量的增大。當(dāng)升高了單位溫度，能量的增量即表示為比熱容。因此熱膨脹系數(shù)與比熱容值十

36、分密切相關(guān)，并與熱容有著相似的規(guī)律。熱膨脹類(lèi)型依舊選擇各向同性，膨脹系數(shù)設(shè)為9E-006。</p><p>　　圖2.11工件膨脹系數(shù)設(shè)置</p><p>　　當(dāng)金屬的形變超過(guò)了一定限度時(shí)，這個(gè)時(shí)候即使去掉了外力的作用，物體也不能完全恢復(fù)原來(lái)的形狀，這個(gè)限度叫做彈性限度，當(dāng)形變超過(guò)了這個(gè)限度時(shí)，物體發(fā)生的形變就叫做塑性形變。塑性的硬化類(lèi)型選擇Johnson-Cook，具體數(shù)據(jù)如下圖所示。&

37、lt;/p><p>　　圖2.12工件塑性參數(shù)設(shè)置 圖2.13塑性溫度參數(shù)設(shè)置</p><p>　　固體材料的密度一般不會(huì)隨著溫度和壓力的改變而改變，一般為固定值。點(diǎn)擊通用選項(xiàng)下的密度，分布一致，質(zhì)量密度設(shè)為4.43×10-9t/mm³即可。</p><p>　　圖2.14密度參數(shù)設(shè)置</p><p>　　材料可以

38、直接傳導(dǎo)熱量的能力稱(chēng)為熱傳導(dǎo)率，熱傳導(dǎo)率的定義指的是單位截面和單位長(zhǎng)度的材料在單位溫差下和單位時(shí)間內(nèi)直接傳導(dǎo)的熱量的能力。傳導(dǎo)率的類(lèi)型依舊為各向同性，傳導(dǎo)率數(shù)值設(shè)為6.6J/(g·k)。</p><p>　　圖2.15工件傳導(dǎo)率設(shè)置</p><p>　　依舊是選擇熱學(xué)中的非彈性熱份額，它的百分比設(shè)為0.9。</p><p>　　圖2.16非彈性熱份額<

39、;/p><p>　　JC模型一般假設(shè)材料為各向同性，對(duì)于材料會(huì)產(chǎn)生大變形的問(wèn)題，我們可以假設(shè)材料在變形的過(guò)程中，塑性功的任意百分比會(huì)在變形材料中產(chǎn)生熱量。Johnson-Cook損傷的具體數(shù)據(jù)如下圖所示。</p><p>　　圖2.17損傷系數(shù)設(shè)置 圖2.18 熔點(diǎn)與轉(zhuǎn)變溫度</p><p>　　2.2.2刀具的材料與參數(shù)設(shè)定</p

40、><p>　　常見(jiàn)的刀具材料有硬質(zhì)合金、金剛石以及高速鋼。此次刀具的材料為碳化鎢，它的硬度與金剛石相差不多，是電、熱的良好導(dǎo)體。碳化鎢的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，主要應(yīng)用于硬質(zhì)合金生產(chǎn)材料。碳化鎢的具體參數(shù)如表2-1所示。</p><p>　　表2-1碳化鎢的物理參數(shù)</p><p>　　接下來(lái)按照編輯工件材料屬性的步驟編輯刀具材料屬性。刀具的質(zhì)量密度設(shè)為6.5×10

41、-9 g/mm³，密度分布一致。刀具彈性類(lèi)型依舊為各向同性，模量時(shí)間尺度選擇長(zhǎng)期。楊氏模量設(shè)置成6500000 MPa，泊松比設(shè)為0.25。傳導(dǎo)率的類(lèi)型為各向同性，傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)為35。最后再設(shè)置比熱類(lèi)型為常體積，數(shù)值為15000000000 J/(g·℃)。</p><p>　　2.3定義分析步的主要步驟</p><p>　　2.3.1創(chuàng)建分析步</p>&

42、lt;p>　　進(jìn)入分析步模塊，選擇左側(cè)創(chuàng)建分析步圖標(biāo)，接受在初始分析步之后插入本步，選擇分析步類(lèi)型為通用，動(dòng)力，溫度-位移;點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)入編輯分析步，時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)為0.015秒，它與切削速度有關(guān)，默認(rèn)幾何非線性為打開(kāi)狀態(tài)，點(diǎn)擊OK完成編輯分析步。增量類(lèi)型為自動(dòng)，穩(wěn)定增量步估計(jì)選擇全局，最大時(shí)間增量步為無(wú)限制，時(shí)間縮放系數(shù)為1，具體數(shù)據(jù)如圖2.19所示。</p><p><b>　　圖2.19增量設(shè)置&

43、lt;/b></p><p>　　質(zhì)量縮放傳統(tǒng)意義上指的是在用顯式求解器求解準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題時(shí)候，它是用于提高計(jì)算效率的一種數(shù)值手段。在顯式分析中，穩(wěn)定時(shí)間增量與單元的尺度以及材料的固有頻率有關(guān)，直接的反應(yīng)就是單元最小尺寸越大，時(shí)間增量步越大，材料密度越大，穩(wěn)定時(shí)間增量越大。因此為了提高穩(wěn)定時(shí)間增量，認(rèn)為的加大局部材料的密度。但是前提是必須保證準(zhǔn)靜態(tài)的前提，加載速率不能大。質(zhì)量縮放選擇整個(gè)模型，運(yùn)算速度加快300

44、倍。</p><p><b>　　圖2.20質(zhì)量縮放</b></p><p>　　其他的設(shè)置有線性體積粘性參數(shù)為0.06，二次體積粘性參數(shù)為1.2。</p><p><b>　　圖2.21粘性參數(shù)</b></p><p>　　2.3.1創(chuàng)建場(chǎng)輸出</p><p>　　ABAQ

45、US會(huì)提供默認(rèn)的輸出項(xiàng)，因此應(yīng)先打開(kāi)輸出項(xiàng)管理器。在左側(cè)圖標(biāo)中選擇輸出場(chǎng)編輯輸出請(qǐng)求，選中F- Output-1后著狀態(tài)，出現(xiàn)如圖2.22所示的場(chǎng)輸出請(qǐng)求編輯界面。因?yàn)閳?chǎng)輸出指的是被分析體隨著時(shí)間的各種場(chǎng)變量（位移、速度、應(yīng)力、溫度等）的顯示狀態(tài)，場(chǎng)變量輸出一般會(huì)隨時(shí)間變化而變化。因?yàn)閼?yīng)力、應(yīng)變、位移、能量與熱學(xué)等都與時(shí)間有關(guān)。所以在輸出變量選項(xiàng)中除了默認(rèn)輸出選項(xiàng)外將作用域、頻率、定時(shí)選中，點(diǎn)擊確認(rèn)輸出請(qǐng)求。再次定義一個(gè)H- Outpu

46、t-1讓他的作用點(diǎn)選擇在刀具的參考點(diǎn)上，點(diǎn)擊退出輸出項(xiàng)管器。</p><p>　　圖2.22編輯場(chǎng)輸出</p><p><b>　　2.4編輯相互作用</b></p><p>　　選擇相互作用模塊，創(chuàng)建相互作用，力學(xué)約束選擇罰接觸，滑移公式選擇有限滑移，拾取切削表面即可。選擇表面與表面接觸然后繼續(xù)，點(diǎn)選工件切削層和刀具的前后刀面，點(diǎn)擊確認(rèn)完成設(shè)

47、置。</p><p>　　圖2.23刀具與工件表面相互作用</p><p>　　點(diǎn)擊左側(cè)圖標(biāo)中的相互作用屬性管理器，接觸屬性選項(xiàng)為切向行為，創(chuàng)建接觸屬性，選擇罰接觸，摩擦系數(shù)為0.1。</p><p><b>　　圖2.24接觸屬性</b></p><p>　　2.5創(chuàng)建載荷相關(guān)屬性</p><p&g

48、t;　　選擇載荷模塊，點(diǎn)擊左側(cè)的創(chuàng)建邊界條件圖標(biāo)，名稱(chēng)為BC-2，類(lèi)別選擇力學(xué)，分析步的類(lèi)型選擇對(duì)稱(chēng)\反對(duì)稱(chēng)\完全固定，繼續(xù)后編輯邊界條件，區(qū)域選擇工件底面，坐標(biāo)系選擇完全固定(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0)，如圖2.25所示，點(diǎn)擊確定完成工件的邊界設(shè)定。</p><p><b>　　圖2.25邊界條件</b></p><p>　　拾取所固定的區(qū)域即工

49、件底面，即可看到創(chuàng)建邊界條件后的效果圖。</p><p><b>　　圖2.26效果圖</b></p><p>　　繼續(xù)點(diǎn)擊左側(cè)的創(chuàng)建預(yù)定義場(chǎng)圖標(biāo)，拾取所要定義的區(qū)域并設(shè)置基本的參數(shù)。</p><p><b>　　圖2.27預(yù)定義場(chǎng)</b></p><p>　　設(shè)置完之后即可看到預(yù)定義場(chǎng)的效果圖。&

50、lt;/p><p>　　圖2.28預(yù)定義場(chǎng)效果圖</p><p>　　2.6編輯提交作業(yè)并運(yùn)行計(jì)算</p><p>　　在主菜單進(jìn)入作業(yè)模塊，在左側(cè)圖標(biāo)中選擇創(chuàng)建作業(yè)，在彈出的對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊繼續(xù)進(jìn)入編輯任務(wù)對(duì)話(huà)框，如圖2.29所示。在作業(yè)類(lèi)型選項(xiàng)卡中選擇完全分析，默認(rèn)其它選擇后點(diǎn)擊確認(rèn)完成創(chuàng)建任務(wù)。在主菜單中選擇作業(yè)管理器，在彈出的任務(wù)管理器對(duì)話(huà)框可以進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查、監(jiān)控。

51、</p><p><b>　　2.29編輯作業(yè)</b></p><p>　　在作業(yè)管理器中選擇提交選項(xiàng)，等待任務(wù)執(zhí)行完畢，看是否會(huì)有錯(cuò)誤，如有錯(cuò)誤，則需要返回修改錯(cuò)誤的部分再次提交作業(yè)即可，如圖2.30所示。</p><p><b>　　2.30提交作業(yè)</b></p><p><b>　

52、　2.7本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了建模的主要流程，包括在部件中畫(huà)出草圖并定義尺寸，然后將刀具與工件網(wǎng)格化。隨后是定義刀具以及工件的材料屬性，一般來(lái)說(shuō)刀具材料要選擇較硬的材料，否則就會(huì)出現(xiàn)刀具太軟導(dǎo)致切削平面不平整的情況。設(shè)定分析步時(shí)，要注意時(shí)間長(zhǎng)度的設(shè)定需要與邊界條件中的切削速度保持一致。兩者相乘需等于工件的總長(zhǎng)度。相互作用中的力學(xué)接觸全部選擇罰接觸，工件與刀具的接觸選擇表面

53、與表面接觸即可。最后創(chuàng)建載荷相關(guān)屬性并提交作業(yè)就可以看到仿真的具體結(jié)果。</p><p>　　3 加工件的切削及其加工過(guò)程的仿真與分析</p><p>　　3.1加工件的切削參數(shù)</p><p>　　加工件的切削參數(shù)包括切削深度為2mm、切削速度為2000mm/s、刀具倒角半徑為0.05mm以及刀具前后倒角度數(shù)。在載荷模塊中選擇編輯邊界條件圖標(biāo)，切削速度設(shè)為2

54、000mm/s，V1方向即是刀具切削的方向。</p><p><b>　　圖3.1切削速度</b></p><p>　　在部件模塊下找到刀具模型，點(diǎn)擊左側(cè)編輯特征圖標(biāo)，設(shè)置半徑為0.05mm即可，最后點(diǎn)擊確定設(shè)置倒角半徑完成。依舊是部件模塊下，點(diǎn)擊左側(cè)的編輯草圖，就會(huì)顯示出刀具的尺寸以及前后的倒角度數(shù)，度數(shù)均設(shè)置為10°。</p><p&

55、gt;<b>　　圖3.2倒角半徑</b></p><p>　　3.2模擬結(jié)果仿真與分析</p><p>　　點(diǎn)擊可視化模塊，即可看到模擬結(jié)果如圖3.3所示。刀具后面的鋼板推動(dòng)刀具不斷向前運(yùn)動(dòng)，使得切削過(guò)程得以進(jìn)行。在切削過(guò)程中刀具也會(huì)產(chǎn)生一定的磨損消耗，刀具的倒角處會(huì)發(fā)生一定的形變，此時(shí)就要注意刀具的硬度設(shè)置。如果刀具材料過(guò)軟，就會(huì)使得切削平面不平整，出現(xiàn)坑坑洼洼的

56、現(xiàn)象。此外也可研究不同切削速度、不同溫度下以及不同切削深度對(duì)工件的影響。這篇文章所建立的三維切削模擬仿真是簡(jiǎn)化了之后的物理模型。在剪切區(qū)，金屬材料會(huì)發(fā)生很大的塑性變形，隨即產(chǎn)生很大的切削熱，刀具繼續(xù)地深入使得切屑右側(cè)出現(xiàn)最高溫度。在高速切削的過(guò)程中，當(dāng)切屑脫離工件時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)只會(huì)傳遞給刀具少部分的切削熱，其余大部分切削熱都會(huì)被切屑帶走。刀具后刀面和已加工的工件表面之間摩擦產(chǎn)生的部分切削熱來(lái)不及擴(kuò)散，便會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，以至于導(dǎo)致已經(jīng)加工

57、的工件表面質(zhì)量發(fā)生改變。切削熱由切屑、工件以及刀具帶走或者傳出，在這中間切屑帶走的熱量是最大的。</p><p>　　切削溫度也會(huì)對(duì)加工工件的表面質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，如果想要計(jì)算刀具磨損量，那么久需要得到準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)溫度。那么就應(yīng)該設(shè)置切削過(guò)程仿真熱傳導(dǎo)系數(shù)為合理值。</p><p><b>　　圖3.3有限元分析</b></p><p>　　3.

58、2.1從X方向分析刀具應(yīng)力</p><p>　　選擇應(yīng)力選項(xiàng)，先將工件和動(dòng)力塊刪除，即可更直觀地看出刀具所受應(yīng)力的大小。如圖3.4所示，即為刀具在X方向所受應(yīng)力的大小，從圖中可以看出X方向上刀具尾部受力比較大，而前刀面和后刀面相對(duì)受力較小，是因?yàn)閄的負(fù)方向是刀具切削的方向，刀具因?yàn)楹芨叩谋砻尕?fù)荷和切屑沿刀具前刀面高速滑移而產(chǎn)生的熱量和摩擦使得刀具上表面所受到的應(yīng)力較大。</p><p>　

59、　圖3.4 X方向刀具受力</p><p>　　3.2.2從Y方向分析刀具應(yīng)力</p><p>　　接下來(lái)觀察Y方向刀具受力情況，Y方向即為垂直于刀具切削的方向，由圖3.5可以看出只有刀具前刀面靠近刀刃處有較大的應(yīng)力分布，而其他刀面應(yīng)力分布顯示為綠色即基本不受任何力。說(shuō)明在刀具的切削過(guò)程中，前刀面刀刃附近所受到的摩擦和阻力都比較大，導(dǎo)致該處磨損比較嚴(yán)重。</p><p&

60、gt;　　圖3.5 Y方向刀具受力</p><p>　　3.2.3從Z方向分析刀具應(yīng)力</p><p>　　最后再觀察Z方向上刀具應(yīng)力分布圖，就會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)應(yīng)力主要集中在前刀面與后刀面靠近刀刃處。這是因?yàn)樵谇邢鞴ぜr(shí)，刀具只切削了工件外面的一部分，而工件內(nèi)側(cè)沒(méi)有被切到的部分仍然會(huì)對(duì)刀具產(chǎn)生磨損。隨著切削過(guò)程的進(jìn)行，工件內(nèi)側(cè)會(huì)產(chǎn)生熱量以及損耗，進(jìn)而影響刀具的前進(jìn)，所謂Z方向的應(yīng)力就集中于刀刃

61、兩側(cè)。</p><p>　　3.6 Z方向刀具受力</p><p><b>　　3.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了加工件的基本切削參數(shù)以及仿真結(jié)果以及分析，從切削仿真圖可以明顯地看到一切數(shù)據(jù)，比如應(yīng)力，作用力與反作用力等。單從應(yīng)力方面來(lái)分析，可以分為三個(gè)方向來(lái)具體分析刀具所受到的應(yīng)力變化。通過(guò)研究分析即可得到刀具受到磨損

62、與切削過(guò)程中哪些因素有關(guān)。</p><p>　　4 切削過(guò)程中刀具受力情況進(jìn)行分析</p><p>　　切削過(guò)程中刀具的受力情況主要就是分析切削力的大小。切削力是切削過(guò)程中十分重要的一個(gè)參數(shù)，它能直接反映出切削的難易程度。通常情況下來(lái)說(shuō)，刀具的前角增大，隨之切削力會(huì)減??；而摩擦系數(shù)增大，切削力也會(huì)增大；切削速度以及切削深度都與切削力的大小成正比。當(dāng)然，還要考慮溫度以及應(yīng)變率對(duì)材料造成的不

63、同影響，否則切削實(shí)驗(yàn)將會(huì)有一定的誤差。另外，所選的刀具強(qiáng)度一定要滿(mǎn)足加工過(guò)程中的強(qiáng)度要求，這樣才能逐漸提高加工精度。</p><p>　　對(duì)切削過(guò)程中的刀具受力及變形進(jìn)行有效的分析可以更有利地選擇刀具，并且可以根據(jù)分析對(duì)刀具的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，隨之提高刀具的使用壽命。所以應(yīng)該對(duì)刀具本身進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析，這樣才能提高準(zhǔn)確性和說(shuō)服力[27]。</p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，切削力會(huì)隨著切削時(shí)

64、間長(zhǎng)短而變化，當(dāng)切削時(shí)間越長(zhǎng)，切削力合力則會(huì)越來(lái)越大。在切削過(guò)程中刀具會(huì)產(chǎn)生很大的磨損，從而切削力隨時(shí)間增大而增大。剛開(kāi)始切削的時(shí)候，刀刃十分鋒利，切削力比較小，相對(duì)應(yīng)地刀具的磨損也可以忽略不計(jì)。但是隨著切削時(shí)間的延長(zhǎng)，刀具的后刀面磨損量會(huì)慢慢變大，切削力和切削溫度也會(huì)隨之增大。當(dāng)?shù)毒哌_(dá)到劇烈磨損的時(shí)候，刀具前后刀面磨損到了一定的程度并且刀具口也會(huì)發(fā)生突變。</p><p><b>　　4.1刀具受力計(jì)

65、算</b></p><p>　　主切削力可由單位切削力與切削面積計(jì)算得出，計(jì)算公式為</p><p>　　FZ=P×Kfp×AD </p>

66、<p>　　FZ指的是主切削力（N），P指的是單位切削力（N/mm2），Kfp則指的是單位切削力的修正系數(shù)，AD指的是切削面積（mm2）。進(jìn)給量f對(duì)單位切削力的修正系數(shù)對(duì)應(yīng)值如表4-1所示。</p><p>　　表4-1進(jìn)給量對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)</p><p><b>　　4.2刀具變形分析</b></p><p>　　刀具在切削過(guò)程中

67、，主要受到的力就是切削力。通過(guò)對(duì)刀具外圓的有限元分析得到了刀具在切削過(guò)程中刀具的內(nèi)應(yīng)力以及變形情況。并且了解到了在刀具進(jìn)行切削時(shí)，刀尖的角度在合理范圍內(nèi)，受力和變形情況才會(huì)有好轉(zhuǎn)。[27]刀具的剛性比較脆弱，并且它在切削力的作用下會(huì)產(chǎn)生變形，從而偏離了原來(lái)的切削位置，并使得切削厚度發(fā)生改變。一般可將刀具簡(jiǎn)化成懸臂梁的結(jié)構(gòu)，作用在刀具的z方向的切削力使刀具產(chǎn)生壓縮或者拉伸變形，作用在刀具x，y方向的切削力會(huì)使刀具產(chǎn)生彎曲變形。但是一般來(lái)說(shuō)

68、刀具的剛性是一定的，所以彎曲變形相對(duì)于壓縮和拉伸變形要大得多，所以我們可以主要研究刀具的彎曲變形28]。[</p><p><b>　　4.3本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從理論上對(duì)刀具受力進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，比如刀具的幾何參數(shù)，切削時(shí)間，進(jìn)給量等。這樣就可以結(jié)合仿真更深入地了解刀具受力情況以及磨損的程度。而刀具的變形也正是因?yàn)槭艿搅饲邢髁蛘吣p等一系列

69、因素所導(dǎo)致的，切削厚度以及工件的切削表面也會(huì)隨著刀具受力而發(fā)生變化。</p><p><b>　　5 結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　5.1結(jié)論</b></p><p>　　本文運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)切削過(guò)程中刀具磨損進(jìn)行仿真，并采用了有限元分析方法有效地模擬分析出不同的參數(shù)對(duì)刀具磨損所產(chǎn)生的影響。我們可

70、以結(jié)合實(shí)際具體情況，對(duì)比得到最為優(yōu)良的設(shè)計(jì)結(jié)果。仿真過(guò)程中的切削深度對(duì)最高切削溫度、刀具倒角半徑對(duì)切削力的影響進(jìn)行分析以及研究，可得到一些結(jié)論。比如，在其它條件不變的情況下，切削溫度與切削深度正相關(guān)。而當(dāng)?shù)毒叩菇前霃讲蛔儠r(shí)，實(shí)際的切削深度與最小切削深度在尺寸上相差不多時(shí)，切削溫度會(huì)隨著切削深度增加而減小。而在切削深度不發(fā)生改變的時(shí)候，切削力會(huì)隨著刀具的倒角半徑增大而增大，它對(duì)切削力的影響也會(huì)更加的明顯。本文建立了切削加工過(guò)程仿真模擬，通

71、過(guò)對(duì)結(jié)果的分析，確定了這種方法的可行性。</p><p>　　5.1.1切削參數(shù)對(duì)刀具磨損的影響</p><p>　　在刀具切削加工工件的過(guò)程中，刀具切削的速度和進(jìn)給量的影響比較明顯，而切削的深度的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)較弱。那么，為了使實(shí)驗(yàn)更加有目的性和針對(duì)性并且站在節(jié)約時(shí)間的角度上，實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)改變切削的速度和進(jìn)給量來(lái)研究對(duì)刀具磨損產(chǎn)生的影響。圖5.1表示的是在不同的切削速度下刀具磨損的變化情況

72、，由圖像可知刀具磨損隨著切削速度的增大而增大，并且時(shí)間越長(zhǎng)上升趨勢(shì)就越明顯。然而當(dāng)切削速度比較低時(shí)，連續(xù)不斷的切屑從刀具的前刀面飛出來(lái)，造成刀具與工件接觸時(shí)粘結(jié)，即為冷焊現(xiàn)象的產(chǎn)生。另外在刀具和工件的接觸表面的粘結(jié)點(diǎn)處會(huì)受到拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，從而造成粘結(jié)磨損。在切削時(shí)接觸區(qū)域收到了很大的切削力，這樣接觸面積就會(huì)增大，工件以及切屑移動(dòng)時(shí)與刀具的前后刀面產(chǎn)生摩擦，此時(shí)就會(huì)造成刀具摩擦磨損。當(dāng)然，當(dāng)切削速度逐漸增大了，刀具表面會(huì)受到壓力、接觸應(yīng)

73、力以及摩擦力，此時(shí)工件與刀具間的溫度也會(huì)升高，最終導(dǎo)致刀具的材料化學(xué)活性增大，也就產(chǎn)生了氧化磨損和擴(kuò)散磨損。圖5.2是在給定切削深度的情況下，不同的切削速度以及不同的進(jìn)給量刀具的壽命變化圖。由圖可知，切削速度和進(jìn)給量與刀具的使用壽命成反比。而且相對(duì)于進(jìn)給量來(lái)說(shuō)，切削速度對(duì)刀具壽命的影響</p><p>　　圖5.1不同速度對(duì)刀具磨損的影響 圖5.2刀具壽命隨切削參數(shù)的變化</p&g

74、t;<p>　　5.1.2刀具后角對(duì)刀具磨損的影響</p><p>　　刀具后角對(duì)刀具磨損也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如果要研究影響的規(guī)律，其他的切削參數(shù)應(yīng)保持不變，只改變刀具后角即可。由實(shí)驗(yàn)可知，刀具的后角越小的話(huà)，磨損的程度反而越大。當(dāng)后角角度很小時(shí)，工件與刀具的接觸面積比較大，從而后刀面所受到的摩擦力也比較大，所以刀具磨損程度就會(huì)增大。相反，當(dāng)后角增大到10°時(shí)，接觸面積變小了于是摩擦隨之也

75、變小，磨損的程度也就沒(méi)有那么嚴(yán)重了。所以增大后角角度可以改善刀具磨損的程度。刀具磨損實(shí)驗(yàn)的具體情況如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3刀具后角改變對(duì)刀具磨損的影響</p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　本文通過(guò)模擬分析過(guò)程，使我們了解到金屬切削研究方面所應(yīng)具備的一些條件?，F(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析

76、軟件已經(jīng)成為涉及工學(xué)領(lǐng)域科學(xué)研究和工程技術(shù)不可或缺的工具。此外，在現(xiàn)代力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及高等數(shù)學(xué)等學(xué)科的促動(dòng)下，有限元分析法已經(jīng)成為一個(gè)具有鞏固理論基礎(chǔ)和廣泛應(yīng)用的良好數(shù)值分析工具。我們應(yīng)該合理運(yùn)用這些工具，學(xué)以致用，研究分析出我們所需要探索的問(wèn)題。今后有限元切削仿真一定會(huì)不斷地向前發(fā)展，并且實(shí)現(xiàn)能夠代替理論計(jì)算、代替實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。有限元分析是由變分原理和加權(quán)余量法當(dāng)作基礎(chǔ)發(fā)展演變而來(lái)的科學(xué)分析方法，并且可以在連續(xù)體的基礎(chǔ)上分析計(jì)算[21]

77、。對(duì)于切削加工過(guò)程中刀具磨損的有限元分析模擬，國(guó)內(nèi)外的研究還比較少，特別是三維的切削仿真。本次研究雖然取得了一定的成果，但是由于時(shí)間緊急，實(shí)驗(yàn)次數(shù)不夠多，仍有許多工作需要改進(jìn)和完善并進(jìn)行更深一步地研究[19]。三維刀具磨損仿真模型的建立，忽略了很多因素。比如材料的組織應(yīng)變以及材料的去除過(guò)程，那么建立一個(gè)更為實(shí)際的模型是十分重要的。需要我們進(jìn)一步研究來(lái)提高刀具磨損量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。為了更加接近現(xiàn)實(shí)，應(yīng)該改進(jìn)切削載荷的附加方式，這樣才能更好地

78、深入研究切削過(guò)程</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王和平,吳申峰，張雪萍，高速干切削過(guò)程的三維有限元仿真與試驗(yàn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011,27(1):56-62. </p><p>　　[2] 成群林，柯映林，董輝躍.航空鋁合金高速銑削加工的有限元模擬[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2006，4

79、0（1）：113-117.</p><p>　　[3] 付杰. 考慮材料損傷演化的鈦合金切削過(guò)程仿真及試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù) ,2014(08):1245-1250.</p><p>　　[4] 姚傳生, 陳錚, 王永欣等.TC21 鈦合金的熱加工行為研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào) ,2011,25(23):138-141.</p><p>　　[5] 切削加

80、工技術(shù)發(fā)展史_圖文 - 《互聯(lián)網(wǎng)文檔資源（http://wenku.baidu.c）》- 2017-2-8 2:00:35</p><p>　　[6] 張磊光.三維金屬切削過(guò)程的有限元模擬[D].北京.華北電力大學(xué),2008.</p><p>　　[7] 周澤華.金屬切削理論.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991.</p><p>　　[8] 切削加工技術(shù)發(fā)展史 于啟勛

81、-《華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》- 2003-02-20</p><p>　　[9] 唐志濤,劉戰(zhàn)強(qiáng),艾興,付秀麗. 金屬切削加工熱彈塑性大變形有限元理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 中國(guó)機(jī)械工程,2007(06):746-751.</p><p>　　[10]張佳奕.PCBN刀具磨損對(duì)切削過(guò)程影響的有限元仿真研究[J].工具技術(shù),2017,51(01):40-43.</p>&l

82、t;p>　　[11] 張富君. 高速切削鈦合金刀具磨損仿真的研究[D].沈陽(yáng)理工大學(xué),2016.</p><p>　　[12]王迪迪. 三維金屬切削過(guò)程刀具磨損的有限元模擬仿真[D].上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué),2015.</p><p>　　[13] 張佳奕. 基于有限元仿真的PCBN刀具磨損研究[D].哈爾濱理工大學(xué),2014.</p><p>　　[14] 魏延剛

83、,魏偉.動(dòng)態(tài)顯式有限元法在冷沖壓加工模擬中的應(yīng)用[J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào).2003(02)</p><p>　　[15] O.Mahrenholtz;N.L.Oung;王中剛.金屬成形過(guò)程的有限元法[J].模具技術(shù).1988(03)</p><p>　　[16] 劉才.有限元法在軋制理論中的應(yīng)用[J].鋼鐵.1988(09)</p><p>　　[17] 黃福英;鄧

84、兆虎.一步有限元法在預(yù)測(cè)產(chǎn)品成形性中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè).2009(04)</p><p>　　[18]王金飛;韓寶云;李殿杰.焊管成型過(guò)程有限元法研究的進(jìn)展[J].鋼管.2008(02)</p><p>　　[19]劉文文. 機(jī)械加工表面殘余應(yīng)力的有限元模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D].南京航空航天大學(xué),2012.</p><p>　　[20]施春宇. 切削加工過(guò)程

85、與殘余應(yīng)力仿真研究[D].蘭州理工大學(xué),2014.</p><p>　　[21]郭淼. LY12合金高速切削仿真及殘余應(yīng)力分布研究[D].昆明理工大學(xué),2011.</p><p>　　[22]覃孟揚(yáng). 基于預(yù)應(yīng)力切削的加工表面殘余應(yīng)力控制研究[D].華南理工大學(xué),2012.</p><p>　　[23]孫玉晶. 鈦合金銑削加工過(guò)程參量建模及刀具磨損狀態(tài)預(yù)測(cè)[D].山

86、東大學(xué),2014.</p><p>　　[24]于啟勛. 切削加工技術(shù)發(fā)展史[J]. 華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003(01):1-10.</p><p>　　[25]王曉琴. 鈦合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨損特性及刀具壽命研究[D].山東大學(xué),2009.</p><p>　　[26]屈川. 巖土切削過(guò)程中刀具受力測(cè)量方法的研究[D].天津大學(xué),2016

87、.</p><p>　　[27]李慶華,龐楠.外圓切削刀具受力分析與研究[J].長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào),2016,26(12):5-9.</p><p>　　[28]張臣,周來(lái)水,安魯陵,周儒榮.刀具變形引起的球頭銑刀加工誤差建模[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2008(01):94-99.</p><p><b>　　致謝</b></p>

88、<p>　　一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，我的設(shè)計(jì)任務(wù)也基本完成，在此過(guò)程中，雖然歷經(jīng)很多難關(guān)，但我也獲得很多知識(shí)。比如在建模仿真方面，為了達(dá)到產(chǎn)品優(yōu)化的目的，仿真不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)功能，在實(shí)體操作方面也要行得通，一次次的更改雖然很枯燥，但堅(jiān)持下來(lái)的結(jié)果讓人很滿(mǎn)意。當(dāng)然，我的畢設(shè)能夠順利完成，也得到了很多人的幫助，在此，我衷心的感謝他們。</p><p>　　首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師梁小明老師。梁老師不

89、僅僅是我本次畢設(shè)的指導(dǎo)老師，同時(shí)也是我的人生導(dǎo)師，畢設(shè)期間，我每周至少找梁老師交流一次，先對(duì)上一周的工作進(jìn)度做一匯報(bào)，然后再與梁老師商討下一步的計(jì)劃，每次遇到問(wèn)題，梁老師都會(huì)認(rèn)真的指導(dǎo)，有時(shí)很晚了還會(huì)抽時(shí)間找我討論，甚至幫我查找了一些相關(guān)資料，給我節(jié)省了很多時(shí)間；同時(shí)在安裝ABAQUS軟件的過(guò)程中，由于種種原因遇到了一些問(wèn)題，梁老師都會(huì)盡快的幫助我解決；此外，梁老師也時(shí)刻關(guān)心我的生活、考研、就業(yè)問(wèn)題。無(wú)論在學(xué)習(xí)上還是在生活中，梁老師都給

90、了我很大幫助，在此，我誠(chéng)摯的感謝梁老師。</p><p>　　其次，就是感謝我身邊幾位幫助過(guò)我的同學(xué)，在我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也算是互幫互助了，只要遇到問(wèn)題，我們就會(huì)互相請(qǐng)教，你一言我一語(yǔ)，避免了枯燥的氣氛，使我們?cè)谟龅嚼щy時(shí)也能堅(jiān)持下去，在此，我對(duì)他們表示深深的感謝。</p><p>　　最后，再次感謝所有幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，以及設(shè)計(jì)中我引用或參考的著作的作者，謝謝他們對(duì)我的幫助。&

91、lt;/p><p><b>　　附錄A</b></p><p>　　RESEARCH PAPERS</p><p>　　FACULTY OF MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY IN TRNAVA</p><p>　　SLOVAK UNIVERSITY OF TECHNOLOGY IN BRAT

92、ISLAVA </p><p>　　10.1515/rput-2016-0044 2016, Volume 24, Number 38 </p><p>　　WEAR OF CUTTING TOOL WITH EXCEL GEOMETRY IN TURNING PROCESS OF HARDENED STEEL </p><p&

93、gt;　　Michaela SAMARD?IOVÁ </p><p>　　SLOVAK UNIVERSITY OF TECHNOLOGY IN BRATISLAVA,</p><p>　　FACULTY OF MATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY IN TRNAVA, </p><p>　　INSTITUTE OF PRODUC

94、TION TECHNOLOGIES, </p><p>　　ULICA JÁNA BOTTU 2781/25, 917 24 TRNAVA, SLOVAK REPUBLIC</p><p>　　e-mail: michaela.samardziova@stuba.sk </p><p><b>　　Abstract </b></

95、p><p>　　This paper deals with hard turning using a cutting tool with Xcel geometry. This is one of the new geometries, and there is not any information about Xcel wear in comparison to the conventional geometry

96、. It is already known from cutting tools producers that using the Xcel geometry leads to higher quality of machined surface, perticularly surface roughness. It is possible to achieve more than 4 times lower Ra and Rz val

97、ues after turning than after using conventional geometry with radius. The work</p><p>　　The aim of this paper is to investigate the cutting tool wear in hard turning process by the Xcel cutting tool geometry

98、.</p><p>　　Key words </p><p>　　Hard turning, Xcel geometry, conventional geometry, cutting tool wear </p><p>　　INTRODUCTION</p><p>　　Hard turning started to develop at

99、the beginning of the nineties. The reason was the availability of new tool materials and the capability of designing a turning machine that was rigid, stable and accurate enough to successfully finish hard turning. The r

100、esult of the development has made finish hard turning a viable alternative to grinding, as an accurate finishing operation (1). </p><p>　　Hard turning is defined as a process of single point cutting of part

101、pieces that have hardness values over 45 HRC. Typically, however, hard turned part pieces have the hardness in the range of 58-68 HRC. The approach to machining the hardened steel depends on the 96 degree of hardness and

102、 its depth (if case hardened). The hard turning process is quite similar to the conventional “soft” turning, so that the introduction of this process into the normal factory environment can happen with relativel</p>

103、;<p>　　There is a necessity of very hard cutting materials because of the hardness of machined materials, which is higher than 40 HRC. The cutting materials with higher hardness are for example Cermet, Ceramics, C

104、ubic Boron Nitride (CBN) or Diamond. CBN was also used in this experimental research. </p><p>　　Cubic Boron Nitride (CBN). If the hardness ranges between 50-68 HRC and the depth of hardness is greater than t

105、he depth of material to be removed, then Cubic Boron Nitride (CBN) is the best material. CBN will give good tool life and wear properties. Surface finishes of 11- 15 micro-inches can be achieved and maintained. ISO inser

106、ts are available with multiple grades to suit different machining requirements. Insert hardness and therefore also wear rate are traded for toughness and ability to with</p><p>　　Ceramics. Ceramics in harden

107、ed steel turning have applications and are very economically priced compared to other types of tool materials. The nature of the material necessitates the use of blunt edge geometry, which inevitably increases cutting fo