（1）切削模型的建立

在切削模擬計算時,對實際的切削過程進行了模型簡化。對于2D 切削的模擬,如切削寬度大于切削深度時,可以假設為平面應變狀態,工件考慮為矩形,刀具也認為是平面的,由于刀具相對于工件來說硬度和剛度都很大,設為剛體。該2D 切削模型簡單,模型的建立直接在ABAQUS/ CAE 中進行。

（2）單元網格的劃分

二維模型采用CPE4RT 單元,為實體平面應變四邊形熱力耦合4 節點縮減積分單元。三維模型采用C3D8RT實體三維六面體熱力耦合8 節點縮減積分單元。考慮到金屬切削層附近材料變形劇烈并且有強烈的熱效應產生,因此采用較密的網格;周圍區域受到的影響較小為減小計算規模采用較粗大的單元;中間采用過渡形式。刀具采用與工件相同的單元類型,設置為剛體；刀尖處由于與工件材料相接觸,并承受很大的應力集中,同時為防止剛體單元侵入工件軟金屬單元的可能,采用了較細小的網格,其余部分采用較粗大的網格。單元的劃分是在ABAQUS/ CAE 模塊中進行的,劃分的網格質量較好,能夠滿足計算需求。

(3)畸變單元網格處理

金屬切削成形過程屬于典型的幾何非線性問題,塑性變形又屬于材料非線性問題,同時切削過程具有連續性和動態性的特點。隨刀尖前端材料的變形,單元被壓扁或不均勻變形而扭曲,將使計算結果嚴重失真,為了保證切削過程的正常進行和計算精度,在有限元模擬計算中必須對網格進行重新劃分或及時刪除嚴重畸形的單元。本研究中在切削過程的模擬中采用了ABAQUS 程序的單元刪除技術。

工件選用常用的45號鋼被加工金屬。正確確定材料的本構模型是成功實現金屬切削加工模擬的關鍵。由于切屑過程纏身強烈的塑性變形同時切屑與刀具之間的強烈的摩擦作用，是切屑過程產生大量的熱，同時由于切削速度很高，材料塑性變形也很大，因此材料模型的選擇要考慮材料的應變硬化效應和溫度升高引起的軟化效應，同時考慮應變速率對硬化的影響，即選用相關的材料模型。切削過程涉及了材料塑性屈服準則、流動準則、硬化準則等的應用，考慮到熱力耦合及速率的影響，本說明中采用了Johnson-Cook本構關系：