切削機理
關注創建者：cuidee 創建時間：2017-02-22
切削機理的視頻教程
復合材料切削加工瓶頸與多尺度建模仿真技術探討
現有研究從不同維度推進復合材料切削機理的認知：任滿等學者聚焦SiCp/Al-Ti疊層界面的損傷演化機制，通過實驗觀察發現界面過渡區（厚度約5-15μm）是裂紋萌生的薄弱環節；李炳林團隊則致力于提升力-熱耦合模型精度，提出考慮顆粒-基體動態相互作用的修正本構方程，使切削溫度預測誤差降低至12%以內；滕龍龍等系統梳理了多尺度仿真方法體系，指出分子動力學（納米尺度）-離散元（介觀尺度）-有限元（宏觀尺度
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揭秘鋯基金屬玻璃切削仿真研究
為揭示鋯基金屬玻璃的切削加工機理，都金光等發表的《鋯基金屬玻璃銑削力有限元仿真及實驗分析》研究采用有限元仿真與實驗驗證相結合的方法，構建了考慮應變率效應和熱軟化特性的切削模型，分析了切削力、切削溫度及亞表面損傷的演變規律。通過對比仿真結果與正交切削實驗數據，發現切削力誤差≤8.3%，切削溫度偏差≤5.7%，驗證了模型的可靠性。
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切削機理的實例教程
背景介紹：切削過程是一個很復雜的工藝過程，它不但涉及到彈性力學、塑性力學、斷裂力學，還有熱力學、摩擦學等。同時切削質量受到刀具形狀、切屑流動、溫度分布、熱流和刀具磨損等影響，切削表面的殘余應力和殘余應變嚴重影響了工件的精度和疲勞壽命。利用傳統的解析方法，很難對切削機理進行定量的分析和研究。計算機技術的飛速發展使得利用有限元仿真方法來研究切削加工過程以及各種參數之間的關系成為可能。近年來，有限元方法在切削工藝中的應用表明，切削工藝和切屑形成的有限元模擬對了解切削機理，提高切削質量是很有幫助的。這種有限元仿真方法適合于分析彈塑性大變形問題，包括分析與溫度相關的材料性能參數和很大的應變速率問題。ABAQUS作為有限元的通用軟件，在處理這種高度非線性問題上體現了它獨到的優勢，目前國際上對切削問題的研究大都采用此軟件，因此，下面針對ABAQUS的切削做一個入門的例子，希望初學者能夠盡快入門，當然要把切削做好，不單單是一個例子能夠解決問題的，隨著深入的研究，你會發現有很多因素影響切削的仿真的順利進行，這個需要自己去不斷探索，在此本人權當拋磚引玉，希望各位切削的大神們能夠積極探討起來，讓我們在切削仿真的探索上更加精確，更加完善。
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切削參數：切削速度300m/min，切削厚度0.1mm，切削寬度1mm
尺寸參數：本例作為入門例子，為了簡化問題，假定刀具為解析剛體，因為在切削過程中，一般我們更注重工件最終的切削質量，如應力場，溫度場等，尤其是殘余應力場，而如果是要進行刀具磨損或者涂層刀具失效的分析的話，那就要考慮建立刀具為變形體來進行分析了。
展開 目前，切屑研究主要集中在常規切削的鋸齒形切屑形成機理、切屑形態、切屑成分等方面，哈爾濱理工大學的吳明陽等對PCBN刀具切削高溫合金鋸齒形切屑形成機理進行了研究；華北電力大學的范孝良等對GH4169 切屑形態進行了研究；段春爭等對鋸齒形切屑形成過程進行了有限元仿真研究；THAKUR 等研究了切削參數對切削過程中切屑厚度和刀- 屑接觸長度的影響規律；SCHULZ 等對鋸齒形切屑的幾何形狀進了定量分析；KOMANDURI 等研究了切削參數對鋸齒形切屑的影響規律；以上國內外學者對高溫合金加工過程中所形成的切屑進行了研究，但絕大多數為常規切削，對高壓冷卻切屑折斷研究較少，因此高壓冷卻下切屑折斷機理的研究具有重要意義。
PCBN 刀具因材料特性采用平前刀面，通常沒有斷屑槽，在切削過程中易產生連續型切屑，以往針對槽型刀具利用幾何方法對切屑卷曲折斷進行研究分析，此方法在PCBN 刀具加工過程中不太適用，因此哈爾濱理工大學的吳明陽教授團隊嘗試從力學角度研究切屑卷曲折斷機理。他們在《機械工程學報》2017年第9期發表的《高壓冷卻下 PCBN 刀具切削高溫合金切屑卷曲折斷機理及試驗研究》一文中，在常規切削試驗基礎上，以切削力學研究為基礎，建立切屑卷曲半徑預測模型及斷屑模型，分析高壓冷卻下高溫合金切削加工中的切屑折斷機理，并進行高壓冷卻切削試驗，找到不同冷卻液壓力下的切屑卷曲半徑變化規律，對理論分析結果進行驗證。
展開 1.概述
金屬切削是研究切削加工過程中刀具與工件之間相互作用和各自變化規律的一門學科。切削是一個很復雜的工藝過程，不但涉及到彈性力學、塑性力學、斷裂力學，還涉及熱力學，摩擦學等。切削的質量受到刀具形狀，切屑流動，溫度分布、熱流和刀具磨損等影響，切削表面的殘余應力和殘余應變嚴重影響工件的精度和疲勞壽命。
金屬切削原理的研究已有上百年，研究內容涉及了刀具切削材料時扭矩的測量（1851年），刀具幾何參數對切削力的影響（1864年），切屑行成的解釋（1870- 1940年），切削速度對刀具壽命的影響（1907年），溫度與切削條件間的關系（1915-1926年）等。基于這些成果，可以進行傳統的實驗或解析的方法研究切削機理，但很難對其進行定量的分析和研究，且研究時間長，成本高。計算機技術的發展使得利用有限元仿真方法來研究切削加工以及各種參數之間的關系成為可能。
近年來，有限元方法在切削工藝中得到廣泛應用，這種方法對了解切削機理，提高切削質量很有幫助，且研究成本大大降低。ABAQUS作為功能強大的有限元通用軟件，在處理金屬切削這種高度非線性問題上體現了其獨到的優勢。本文就ABAQUS的金屬make切削一個簡單的例子，以幫助初學者盡快入門。
2.模型參數
（1）切削參數：切削速度5mm/s，切削厚度0.01mm，切削寬度1mm。
（2）模型尺寸參數：
工件：假定為一個長方體，長1.5mm，寬0.6mm，厚度0.01mm。
刀具：前角10度，后角6度，具體尺寸見圖1。
3.模型建立及設置
3.1模型建立
本文所用模型比較簡單，可以直接在ABAQUS的Part模塊進行創建，也可以使用其他三維軟件建模并導入ABAQUS。本文采用第一種方法。
展開 基于ABAQUS金屬切削模擬 ￥40
本案例僅在于如何在ABAQUS中模擬金屬切削過程，后處理在hyperview中完成。切削過程是一個很復雜的工藝過程，它不但涉及到彈性力學、塑性力學、斷裂力學，還有熱力學、摩擦學等。同時切削質量受到刀具形狀、切屑流動、溫度分布、熱流和刀具磨損等影響，切削表面的殘余應力和殘余應變嚴重影響了工件的精度和疲勞壽命。利用傳統的解析方法，很難對切削機理進行定量的分析和研究。
具體如何設置見收費部分的模型文件。
背景介紹：切削過程是一個很復雜的工藝過程,它不但涉及到彈性力學、塑性力學、斷裂力學,還有熱力學、摩擦學等。同時切削質量受到刀具形狀、切屑流動、溫度分布、熱流和刀具磨損等影響,切削表面的殘余應力和殘余應變嚴重影響了工件的精度和疲勞壽命。利用傳統的解析方法,很難對切削機理進行定量的分析和研究。計算機技術的飛速發展使得利用有限元仿真方法來研究切削加工過程以及各種參數之間的關系成為可能
ABAQUS金屬切削實例.pdf
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切削機理的最新內容
相較于傳統的脆性開裂模型（如最大主應力準則），Cohesive單元能夠同時表征巖石的**張開型（Ⅰ型）、滑開型（Ⅱ型）及混合型裂紋擴展**，完美契合切削過程中多裂紋的復雜擴展模式，而直接通過網格劃分預設裂紋的方法無法模擬裂紋的動態萌生過程，難以反映真實切削機理。
從數值計算精度層面分析，插入Cohesive單元法可實現多裂紋的自主演化與相互作用。
碳纖維增強樹脂基復合材料切削機理研究[J]. 機械工程學報，2018，54(23)：199-208. JIA Zhenyuan，BI Guangjian，WANG Fuji，et al.
有限元法被認為是一種切削過程中預測過程變量、揭示微觀物理現象、深入研究切削機理的有效方法。因此，運用有限元仿真對宏觀和微觀尺度切削過程進行研究，區分宏觀和微觀過程變量有限元仿真模型的差異，進而提高宏觀和微觀尺度有限元仿真的精度、工件表面質量和刀具壽命是必要的。
磨粒磨損的影響因素
磨礪磨損的改善措施：（1）對于以切削作用為主要機理的磨粒磨損應增加材料硬度；（2）根據機件的服役條件，合理選擇相應的耐磨材料；（3）采用滲碳、滲氮共滲等化學熱處理提高表面硬度；（4）機件的防塵和清洗。
沖裁：指用模具沿沿一定的曲線或直線沖切板料（包括以下幾類）
整修是對沖裁件的斷面部分進行再加工的分離加工方法，整修變形是一種切削機理，其工件的尺寸精度和斷面質量比沖裁件好。
3.成型工序的類別
成型工序較多，包括：彎曲、拉深、翻邊、脹形和擠壓工藝等。
四、汽車模具高速切削加工技術
高速切削加工技術在國內外汽車模具制造行業得到了廣泛的應用，并且已取得了巨大的效益，但是高速切削加工的機理和相關理論至今仍不完善，針對汽車模具的高速切削數據庫尚未建立。
基于高速切削的機理。
當金屬切削的線速度高于一定范圍時，被切削金屬來不及產生塑性變形，切屑上不產生變形熱，切削能量大多數轉化為切屑動能被帶走。
2、結構平衡，以降低熱變形
在機床上，熱源是永遠存在的，進一步需要關注的是如何讓熱傳遞方向和速度有利于減少熱變形。或者結構又有很好的對稱性，使熱傳遞經沿對稱方向，使溫度分布均勻，變形互相抵消，成為熱親和結構。
仿真方面的文章在撰寫時，一般包含應用場景、研究要點、仿真模型、仿真結果、應用軟件和參考文獻選擇幾方面，對于應用場景的研究內容主要有新型材料、特種加工工藝、切削設備和加工機理等幾方面；研究要點主要集中在熱力耦合、切屑形態和能量消耗等；仿真模型主要是幾何模型的建立、材料本構模型的選擇、接觸屬性的設置以及邊界條件的添加等；仿真結果主要為數據的整理輸出、應力溫度圖的輸出、網格節點位移的提取、輸出結果的分析以及仿真結果的討論等方面
基于高速切削的機理。
當金屬切削的線速度高于一定范圍時，被切削金屬來不及產生塑性變形，切屑上不產生變形熱，切削能量大多數轉化為切屑動能被帶走。
2、結構平衡，以降低熱變形
在機床上，熱源是永遠存在的，進一步需要關注的是如何讓熱傳遞方向和速度有利于減少熱變形。
利用傳統的解析方法，很難對切削機理進行定量的分析和研究。
具體如何設置見收費部分的模型文件。
