有限元模拟分析金属切削加工

陆芳

编者按：在这篇文章中，作者采用有限元法模拟分析金属切削加工过程，建立金属切削加工有限元模型，研究分析切削速度、背吃刀量、进给量对切削力的影响，并通过研究优化切削加工工艺。

前言

有限元法模拟切削加工主要集中在模拟分析切削参数对已加工表面残余应力、切削力以及切削温度刀具磨损等方面的影响，从而优化切削参数，同时也分析模拟切屑形状以及形成的过程。孔虎星等[1]主要建立钛合金的切削有限元模型，分析了切削温度、表面应力、切削力分布情况，优化加工工艺。芮执元等[2]主要研究不同切削参数条件下切削力的情况，分析切削速度、进给量、背吃刀量对切削力的影响情况。Hongtao Ding等[3]将有限元应用于模拟分析难加工材料的磨削加工，模拟切屑的形成同时分析温度对刀具磨损的影响。本文综合有限元模拟金属切削加工的优势，用有限元模拟切削加工过程，分析各切削参数对切削力的影响，从而优化切削工艺。

有限元分析

材料本构模型

确定材料的本构模型是有限元分析中至关重要的因素之一。以往研究表明材料的应变受应变率以及温度的双重影响，应变率高则在应变值一定的情况下应力就大，而温度高则材料一定程度上软化，导致应力小，而温度越高，材料的过应力会更加明显[4]，因此精确确定材料的本构模型是个至关重要的难题。对于已经确定的材料的本构模型大致可以分成以下两种：一种就是经验本构模型;另一类为基于物理学的本构模型。……