基于ABAQUS软件的钛合金切削仿真技术

陈学胜+王腾飞

摘 要：本文运用ABAQUS软件仿真了TI-6AL-4V切削，主要介绍了切削仿真及应用，提出了有限元在切削仿真方向的发展前景。

关键词：ABAQUS软件；钛合金切削仿真技术；切削仿真方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.148

0 引言

钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航天领域。钛合金具有良好的物理和机械性能，对于有较高要求的机械结构件具有重要的意义。但其可切削性差，加工困难，加工费用高，加工实验会耗费大量的生产时间和成本。ABAQUS/Explicit求解器采用显示动力有限元方法，适用于像冲击和爆炸等短暂、瞬时的动态事件，对加工成形过程的这类高度非线性问题非常有效。本论文针对切削TI-6AL-4V为例进行切削仿真研究。

1 切削材料的本构模型

3.2 网格的划分

在建立的有限元模型中，剪切区与刀-屑接触区产生高温高压单元发生变形，一些单元可能由于变形过大而产生扭曲，可能使网格畸变或使计算不收敛，即使仿真顺利也会影响仿真的精度。为了防止出现以上问题，而且保证一定的计算效率和精度，可以采取如下措施：（1）切削层网格密一些，因为切削层应变较大。（2）采用由密到疏网格划分，这样既可保证直接切削部分网格密，也可使计算减少时间。

3.3 仿真结果

如图1为切削仿真图，从图中可以看出切屑与实际相符，为锯齿状，根据不同的需求可以输出不同的要求，根据模型和输出变量的设置可以输出切削力曲线图、切削热分布图、切削应力场云图、切削应变场云图等。

4 切削仿真的意义

切削仿真的结果与选择的材料模型及参数、网格的划分、接触的设置等密切相关，仿真忽略切削振动等一些因素，使得切削的仿真输出结果与实际有一定的差异，但随着发展，如今的切削仿真有了一定的精度。在实际设计或生产中使用有限元方法能够减小计算分析时间，减小实验次数，从而到达节约生产成本和时间的目的。对于切削的一些改进，比如刀具角度的优化、刀具的设计及选材等方面具有很好的实践意义。

5 结论与展望

本文通过建立材料的Johnson-Cook本构模型、Johnson-Cook损伤模型等得出切削仿真过程，说明了切削仿真網格划分的应用方法，仿真切屑形态与实际加工切屑形态基本一致。随着科技的发展，有限元切削仿真正在不断地完善，现在已经应用于实际加工分析当中，今后有限元切削仿真一定会不断发展，实现能够代替理论计算、代替实验目标。

参考文献：

[1]付杰等.考虑材料损伤演化的钛合金切削过程仿真及试验研究[J].机械科学与技术，2014（08）：1245-1250.

[2]姚传生，陈铮，王永欣等.TC21钛合金的热加工行为研究进展[J].材料导报，2011，25（23）：138-141.endprint