刀具几何角度对高强度钢切削力影响的仿真研究

王书利，张 莹，蔡 瑛，姜增辉

(1.内蒙古北方重工业集团有限公司，内蒙古 包头 014030；2.沈阳理工大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110159)

1 引言

高强度钢因其强度高、耐腐蚀性好、耐高温及良好的成形性等特点不仅广泛应用在民用工业领域，在常规武器制造领域也拥有很大的需求[1]。高强度钢材料在切削加工过程中切削力较大，由于切削力是机床、夹具设计和选用的重要参考依据[2-3]，是选择刀具时需要考虑的重要因素，因此，为合理选择机床和刀具，提高切削加工时的稳定性和改善工件表面质量，对高强度钢切削中切削力的研究具有重要意义。

通过仿真研究切削力效率高、成本相对较低，近年来逐渐受到一些学者的关注。文献[4]通过DEFORM-3D仿真研究了合金钢30CrNiMo8在不同切削参数下的切削力变化情况。文献[5]基于正交试验建立了高强度钢H13铣削力和表面粗糙度的经验模型。文献[6]基于ABAQUS进行了30CrMnSiA合金钢正交切削仿真，得到了刀具几何角度对切削过程中的塑性变形区域和应力分布区域的影响规律。

基于AdvantEdge建立了高强度钢34CrNiMo6的切削仿真模型，研究了切削加工高强度钢时刀具几何角度对切削力的影响规律。

2 仿真建模

2.1 本构模型

材料本构模型采用幂指数模型：

式中，g(εp)—应变硬化项；Γ(ε˙)-应变率敏感项；Θ(T)-热软化项。

应变硬化项表达式如下，如果εp＜εpcut，则：

式中：σ0—初始屈服应力；εp—塑性应变；— 切断应变；—参考塑性应变；n—应变硬化指数。

热软化项表达式如下，如果T＜Tcut，则：

如果T≥Tcut，则：

式中：c0～c5—多项式拟合系数；T—温度；Tcut—线性切断温度；……