利用ABAQUS模拟不同模态下的金属切削过程

齐 康，闫 昊，陈祥瑶

(1.临沂市农业学校,山东 临沂 276600； 2.鲁南技师学院,山东 临沂 276000; 3.临沂市技师学院，山东 临沂 276000)

0 引言

切削过程是一个刀具和工件相互作用的复杂工艺过程，在此过程中涉及到弹性形变、塑性形变、摩擦等因素，切削的质量受到诸如刀具形状、切屑流动、温度分布等因素的影响，利用传统的解析方法很难对切削机理进行定性和定量的分析[1]。计算机技术的高速发展使得利用有限元分析软件来研究切削过程以及各种物理参数之间的关系成为可能。ABAQUS是一种大型有限元分析通用软件，在处理弹塑性大变形及与温度有关的材料性能等非线性问题上有着它独特的优势。本文基于材料形变的弹塑性理论，采用剪切失效和单元删除方法作为切屑分离准则，利用ABAQUS有限元软件，对不同摩擦状态下的切削过程进行数值计算和仿真，并对切削过程中的切削力、切屑形状和应力分布进行了分析。

1 基本理论与切削模型的建立

1.1 基本假设

利用ABAQUS有限元软件分析时的基本假设如下：①切削模型中的刀具是刚体且锋利；②被加工对象的材料是各向同性的；③不考虑刀具和工件在切削过程中的振动；④在切削过程中，切削厚度不变，采用平面应变来分析。

1.2 摩擦模型的建立

采用剪切-滑移摩擦模型来描述刀具与工件相接处面的摩擦状态，剪切应力的计算公式为：

(1)

其中：τmax为极限剪切应力；μ为滑移区的摩擦因数；σn为接触正应力。

根据工件-刀具接触处摩擦状态的不同，分为如表1所示的几种摩擦情况。……