1. 介紹、

刀具磨損在加工操作中對經濟有很大的影響同時也影響表面加工完整性。事實上，刀具磨損影響刀具壽命和最終產物中的殘余應力的質量。對于這些raisons對刀具的磨損很多調查都能在文獻[1-2-3]中找到。刀具在正交切削下的磨損模擬的開發要么是驗證磨損的機理。要么是在這些模擬中，研究人員往往會更好地理解刀具磨損的殘余應力對最終產物的影響[4]。在一些研究[5-6]的在一個子程序實現刀具磨損模型，是相對的像磨損和擴散特定的磨損機理磨損。因此，在本次調查中，具體機制被認為在很大程度上影響了磨損現象。事實上，刀具的磨損受幾個不同類材料的附著力、侵蝕、腐蝕、磨料和斷裂。在切割過程中，刀具幾何形狀的改變受刀具磨損的影響。此更新的刀具幾何形狀主要是參照，在數值仿真，通過該工具面節點的運動[7]。這個方法是使用一個特定的子程序的評估切削變量，如溫度，正常壓力，并且在正交切削模擬中每個節點工具滑動的距離。在這之后，其他子程序啟動征收節點的運動。

現有磨損模型可分為兩個類型：第一種是切削參數、刀具壽命型，這樣的泰勒公式，第二個是切割過程中的變量通常是基于一個或若干磨損機制[8]。這個模型無力的，因為，一方面，磨損現象被建模為不連續的現象的時間而不是真實的情況。在另一方面，它是在實施的的限制磨損機理，即磨損問題降低到1或2的磨損機制。

磨損接觸的現象說明了通過形成之間的關系微動系統碎片和摩擦中消耗的能量。這個耗能是更加可控制在接觸區中使用量方面[9]。這種方法是實驗性的，一個摩擦磨損試驗機，用于量化接觸力的值，然后將能量耗散因摩擦以及與它鏈接遺失的能量耗散在這個區域[10]。

由于這些原因，本文提出了一種新的的方法，它提供了不僅是一個全球性的建模磨損現象，而且還是兩個組合方面，正交的切割的配置中工具的磨損和在最終產物中的殘余應力的影響。

為了帶領這項研究中，提出的方法有三個不同的部分。在第一部分中，一個工磨損由測量呈現。此后，能量辦法提出修改后用于在應用程序中正交切削。一種數值模擬正交切割操作正在開發，使用了商用的有限元軟件ABAQUS/ Explicit。最后一部分，包括刀具磨損演變的數值結果在仿真和結論。

2. 實驗測試

在實驗測試中，進行驗證有限元模型，并測量漸進刀具磨損，包括轉制成42CD4與操作盤為70毫米的最初直徑。所使用的工具是未涂覆的用碳化鎢（WC）作為TPKN1603參考PPR。 （圖1）。

圖一實驗配置

磨損測量完成使用顯微鏡和有列于表1，根據圖2Vc是切割速度，f為進給量。

表1遇碳化鎢刀具磨損實驗測量

切削條件	時間	KM	Kt	VB
	（s）	（mm）	（mm）	（mm）
Vc=120m/min	10	0.03	-	0.029
F=0.1mm/rev	20	0.05	0.001	0.038
	30	0.06	0.003	0.040
	40	0.074	0.006	0.042
	60	0.084	0.007	0.06
	80	0.09	0.008	0.065
Vc=1260m/min	20	0.06	0.001	0.029
F=0.1mm/rev	40	0.077	0.005	0.043
	60	0.087	0.007	0.066
	80	0.094	0.008	0.074
	100	0.096	0.010	0.112
	120	0.107	0.011	0.116
	140	0.114	0.013	0.119

 

圖2刀具幾何形狀測量位置

1. 數值模型

3.1建模工具

用于切削工具的材料是鎢碳化物。這種選擇是由在實驗測試中刀具的類型所影響。因此，要比較經驗和那些由數值模擬的問題的結果，需要使用同一類型的材料。關于用于材料流動模型的方法是選擇使用曲線約束塑性應變的功能。因此，具有彈性塑料的工具建模材料的性能如圖2[11]所示。

表2硬質合金鎢材料模型

有效平面應變	屈服壓力 (KPa)
0.00000E+00	4.19530E+5
2.63000E-04	1.69690E+6
9.73640E-04	2.67550E+6
2.10700E-03	3.37650E+6
3.57400E-03	3.85820E+6
5.28700E-03	4.17800E+6
7.17600E-03	4.38220E+6
9.19000E-03	4.50480E+6
1.12900E-02	4.57010E+6
1.34520E-02	4.59550E+6
1.42790E-02	4.59730E+6
1.00000E-01	4.59730E+6

 

在能計算實施的損傷模型研究的軟件ABAQUS/ Explicit中進行約翰遜和庫克的[12-13]模型建模刀具的損傷。所用的參數列于下表3[9]。

表3。硬質合金鎢材料模型

D1	D2	D3	D4	D5
0	0.01072	-1.669	0	0

 

切削工具被定義為可變形、易損的。切割速度是相當于施加一個剛性體。這個想法來自于一個事實，即我們必須避免施加在可變形的速度或位移體上。因此，要避免一切純粹的數字問題，我們選擇使用一個剛性體支撐可變形的刀具。這兩者之間的連接是功能領帶。

該刀具具有10°的切削刃半徑，以及一個側翼11°的角。幾何建模是用在實驗測試中對切削的插入。因為接觸問題，它確保了工具切削的部分刃口半徑是無損傷（D區）如圖3所示。此解決方案是重要的的，以保持接觸在分離區和所有節點的外之間在D區的表面上。

圖3幾何形狀和刀具網

斷裂能的Emax（在ABAQUS中）開始實施是為了在相當低的正交切削中找到一個快速的刀具磨損，持續一個數值模擬幾毫秒。

3.2工件建模

在非常高的應變、應變率和溫度的金屬切割過程中，對材料的流動有很大影響。為了得到更好的切屑形成分析結果，它結合了所有這些方面的材料模型必要的。在該模擬中，它被選擇了約翰遜和庫克的行為和本構關系[14-15-16]。

3.3接觸問題

面臨的最重要的問題正交切削數值模式中考慮到刀具的磨損是接觸管理的發展。目前，經典模擬和它生長在的情況下接觸是動態的這方面是非常敏感的，即兩組節點之間，分別為節點工件和刀具的節點。需要注意的是在ABAQUS軟件中，如何數值模型是開發的，不能處理之間的接觸區域兩個節點。因此，它僅僅允許一個表面之間的接觸和一組節點。商業軟件是有限的在2D方面的聯系人管理方面建模。如圖4所示。

圖4接觸問題

該解決方案可以管理所有將生成的接刀具與切屑的內表面的節點。這種方法是可能通過利用正交切削與分離模型的行定義的字段和分離，三個地方選擇芯片的內表面上的能力。如圖5所示。

圖5刀具和切屑之間的接觸問題

在刀具/切屑與刀具/工作接觸和摩擦決定了切削功率和刀具磨損。在這種提出了一種庫侖摩擦模型被用于以恒定的0.2的摩擦系數。

4．數值模擬

 4.1仿真持續幾秒鐘的發展

正交切削最后的數值模擬大多數情況下幾毫秒。這些模擬大大減少模擬時間方面有相當大的計算時間可能需要幾天的時間。所以，關于數值模擬，其中仿真時間是為了一分鐘后，預期一個相當高的計算時間可能達到幾個星期。計算時間可達到幾個星期。為了開發一個數值模擬這需要幾秒鐘，我們必須找到減少計算時間的解決方案。在下面，我們介紹了發達國家提供創新的解決方案來解決這個問題的模式。

在數值模擬計算時間主要需要計算之間劃分的在材料內的變形和需要管理該聯系人。這取決于這個時間是可變的配方中使用。它是已知的計算時間甚至不太重要的在下面的順序配方，拉格朗日，歐拉和ALE。

由于接觸約束的開始可以得出結論，的拉格朗日選擇配方已經完成，我們不能改變它。這要追溯到二次調查的途徑是負責增加計算相對的接觸管理。因此可以推斷，接觸的時間更重要而不是在接觸節點的數目。下面的圖，（圖6），顯示的情況下相對長的數值模擬50毫米，計算時間在接觸節點的增加是越來越重要。這些節點相關的切屑。在某些情況下，有過多的扭曲，創造一個停止計算。扭曲的網格是位于切屑。這是由于彎曲的切屑本身。

圖6。由接觸引起的節點的計算時間增加

現在是集中在所造成的問題是在模擬的發展中逐步產生切屑。的解決方案是在從事實上切屑產生用于管理大量的計算時間接觸的節點。此解決方案還依賴于這一事實，切屑是一種浪費，即使它允許我們對有豐富的關于行為的信息剪切的操作。因此，選擇了消除該切屑。因此，它不會引起在仿真中落實到計算時間管理芯片本身和原料之間的聯系表面的難題。下面的圖7給出了模型使用不連續的切屑的形成，經過一段時間后切屑彈出從切削區域的時間，在切削面積的彈射節省的時間，可以大幅度減少接觸表面，然后由此所得的方程。

圖7減少計算時間的解決方案，e=80μm

圖8 從切削面積中消切屑

4.2磨損數值模擬

  開發的模型，提供了第一個相當滿意結果。結果表明，月牙洼磨損逐漸發展為模擬研究進展。從下面的圖9，結果表明選擇的解決方案來管理切屑和刀具之間的接觸使刀具工作良好。這給了令人滿意的結果，在這里我們看到在該切屑包括刀具磨損和保持接觸表面的月牙洼和之間的所有形成芯片的節點。

圖9數控刀具磨損仿真

據觀察，這種方法提供了在后刀面磨損比較差結果，因為忽視在前面的發生側面刀具的回彈現象。后者產生加工表面和刀具的前刀面之間的聯系。這接觸效應提高摩擦系數是造成該地區高溫[ 17 ]。但在
研究了進給速度和切削之間的比率刃口半徑（F / R），它是可以忽略的后刀面磨損。