切削機理的案例
ABAQUS金屬切削實例
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 哈理工吳明陽教授團隊為您講述高溫合金切削加工中的切屑折斷機理
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 ABAQUS在金屬切削方面的實例
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。
ABAQUS金屬切削實例
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
生成數條裂紋，用插入cohesive單元做二維巖石切削 ￥30
# 采用插入Cohesive單元生成多裂紋開展二維巖石切削模擬的必要性
在二維巖石切削數值模擬中，采用**插入Cohesive單元法生成多裂紋**是精準刻畫切削過程中巖石損傷、裂紋萌生-擴展-貫通及碎屑形成的核心技術手段，其必要性可從力學機理表征、數值計算精度、工程適用性三個維度展開分析。
從力學機理層面看，巖石切削本質是刀具與巖石接觸區的應力集中引發的脆性斷裂過程，伴隨多條微裂紋的萌生、擴展與貫通。Cohesive單元基于**內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準則，精準描述巖石材料的斷裂過程：單元內部應力達到粘結強度前，表現為彈性變形；應力超過閾值后，單元剛度退化并伴隨能量耗散，直至單元失效形成裂紋。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。在二維切削模型中，刀具擠壓巖石會在刃口前方形成應力集中區，同時在切削面下方產生次生裂紋，多條裂紋的擴展路徑相互影響，最終決定碎屑形態與切削力波動特征。Cohesive單元可預先嵌入巖石基體網格的薄弱面（如顆粒邊界、層理面）或全域分布，當局部應力滿足斷裂準則時，單元自動失效形成裂紋，無需人為預設裂紋路徑，有效避免了預設裂紋帶來的主觀性誤差。此外，Cohesive單元的剛度退化過程可平滑模擬裂紋擴展的能量耗散，解決了傳統有限元模擬中裂紋擴展時的網格畸變與計算不收斂問題，提升了切削力、裂紋擴展長度等關鍵參數的計算精度。
展開 汽車模具分類及制造工藝
高速切削加工技術的應用大大提高了汽車模具的開發速度。
3.高速切削加工可獲得高質量的加工表面
由于采取了極小的步距和切深，高速切削加工可獲得很高的表面質量，甚至可以省去鉗工修光的工序。
4.簡化加工工序
常規銑削加工只能在淬火之前進行，淬火造成的變形必須要經手工修整或采用電加工最終成形。現在則可以通過高速切削加工來完成，而且不會出現電加工所導致的表面硬化。另外，由于切削量減少，高速加工可使用更小直徑的刀具對更小的圓角半徑及模具細節進行加工，節省了部分機械加工或手工修整工序，從而縮短了生產周期。
5.高速切削加工使汽車模具修復過程變得更加方便
汽車模具在使用過程中往往需要多次修復以延長使用壽命，如果采用高速切削加工就可以更快地完成該工作，取得以銑代磨的加工效果，而且可使用原NC程序，無需重新編程，且能做到精確無誤。
6.高速切削加工可加工形狀復雜的硬質汽車模具
由高速切削機理可知：高速切削時，切削力大為減少，切削過程變得比較輕松，高速切削加工在切削高強度和高硬度材料方面具有較大優勢，可以加工具有復雜型面、硬度比較高的汽車模具。
展開 金屬切削過程宏觀和微觀尺度有限元仿真進展
一、研究背景
金屬切削過程中伴隨著復雜的應力場、應變場和溫度場，刀具幾何參數和切削參數對切屑形態、切削力、刀具磨損、殘余應力的綜合影響是復雜的。在宏觀尺度和微觀尺度上，材料具有不同的去除機制，這使得過程變量對工件表面質量和刀具壽命的影響和過程變量的影響因素有顯著差異。
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。有限元仿真模型的可靠性和有效性很大程度取決于仿真方法、本構模型、摩擦模型和損傷模型對網格單元、材料的動態力學行為、刀具-切屑-工件接觸過程和切屑的形成機制描述的準確性。建立更符合真實切削情況的有限元仿真模型，可以為優化切削過程變量和工藝參數提供參考。
因此，針對不同材料和加工方式，對宏觀和微觀過程變量和材料去除機制預測的有限元仿真進展進行了綜述，如圖1所示。同時，討論了金屬切削過程有限元仿真的研究和發展方向，為未來的建模方向提供了指導。
圖1 文章框架
二、主要內容
分別從仿真模型的建立、宏觀工藝變量仿真模型、微切削過程仿真模型和有限元仿真的擴展等四部分進行了綜述，如圖2所示。
展開 用戶論文精選 | 基于模態分布表的數控車床切削振動診斷分析
進入批量生產時，常出現由于裝配問題而導致無法通過出廠切削檢驗的情況，主要表現為：以用戶提出的驗收切削標準參數進行切削時，精加工試驗中同批次機床有個別出現視覺波紋現象，粗加工重切削試驗中全部都出現了切削顫振現象。出現這種問題通常的做法是先按照裝配過程工藝逐步排除，再按照部件結構逐個替換的方法進行診斷，解決方式費時費力，而且不一定能找到問題根源。
國內專家學者對于切削故障研究主要集中在切削顫振機理及在線故障診斷上，對上述機床動態設計及裝配環節動態特性問題研究較少，而該問題的解決能夠為機床提供故障診斷依據，并且提高了產品整機的動態性能，有很重要的研究價值。
以一臺量產臥式數控車床為研究對象，采用跟蹤裝配過程的方法測試其每個裝配環節的模態參數，建立模態分布表。對機床切削過程中產生的振動，按照振動幅值由低到高劃分，建立機床的切削振動譜系：微振動和強振動。通過切削試驗分別對微振動和強振動進行研究，結合模態分布表，分析判定產生故障的主要環節，如圖1所示。
圖1 總體技術研究路線
完整版論文：
鏈接: https://pan.baidu.com/s/1kJINZk4Si90L6wJFA2dMuQ 提取碼: jgbp
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展開 【專業知識】最全的沖壓工藝與產品設計知識大匯總
2、分離工序的類別
分離工序按照其不同的變形機理分為沖裁、整修兩大類。
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。（具體如下：）
02
沖裁
1、沖裁產品的形態與成型過程介紹
沖裁產品的形態。沖裁產品的的斷面分為：塌角、光亮帶、斷裂帶、毛刺，這四種形態是在產品沖裁過程中于不同的階段，不同的部位、不同的應力作用下產生的。
如上圖，1塌角 :高度約等于8%T至15%T ；2.光亮帶 :高度約等于15%T至55%T ；3.斷裂帶 :高度約等于35%T至75%T ；4.毛刺 :高度約等于5%T至10%T
1）彈性變形階段
受力分析：刃口部分材料受剪切力，力的大小小于彈性極限，若力消失,則材料恢復原始狀態。
狀態描述：凸模施加壓 力于材料，材料略擠入凹模刃口。
2）塑性變形階段
受力分析:材料受力由邊及中心 ，逐漸超過彈性極限
狀態描述：凸模進一步深入材料,在本階段沖裁件產生塌角以及光亮帶
3）剪裂階段
受力分析:材料靠近凹模刃口的部分應力首先達到材料的抗剪切強度，使凹模刃口旁邊的材料產生的裂紋增大。而此時凸模刃口部分材料還處于塑性變形階段,隨著沖頭的進一步深入材料，沖頭附近材料也達到剪切強度，也產生裂紋 ，再往后兩裂紋重合，材料分離。
展開 沖壓工藝與產品設計知識點，這次搞全了
2、分離工序的類別
分離工序按照其不同的變形機理分為沖裁、整修兩大類。
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。（具體如下：）
二、沖裁
1、沖裁產品的形態與成型過程介紹
沖裁產品的形態。沖裁產品的的斷面分為：塌角、光亮 帶、斷裂帶、毛刺，這四種形態是在產品沖裁過程中于不同的階段，不同的部位、不同的應力作用下產生的。
如上圖，1塌角 :高度約等于8%T至15%T ；2.光亮帶 :高度約等于15%T至55%T ；3.斷裂帶 :高度約等于35%T至75%T ；4.毛刺 :高度約等于5%T至10%T
1）彈性變形階段
受力分析：刃口部分材料受剪切力，力的大小小于彈性極限，若力消失,則材料恢復原始狀態。
狀態描述：凸模施加壓 力于材料，材料略擠入凹模刃口。
2）塑性變形階段
受力分析:材料受力由邊及中心 ，逐漸超過彈性極限
狀態描述：凸模進一步深入材料,在本階段沖裁件產生塌角以及光亮帶
3）剪裂階段
受力分析:材料靠近凹模刃口的部分應力首先達到材料的抗剪切強度，使凹模刃口旁邊的材料產生的裂紋增大。而此時凸模刃口部分材料還處于塑性變形階段,隨著沖頭的進一步深入材料，沖頭附近材料也達到剪切強度，也產生裂紋 ，再往后兩裂紋重合，材料分離。
展開 
沖壓工藝與產品設計知識點，這次搞全了
2、分離工序的類別
分離工序按照其不同的變形機理分為沖裁、整修兩大類。
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。（具體如下：）
二、沖裁
1、沖裁產品的形態與成型過程介紹
沖裁產品的形態。沖裁產品的的斷面分為：塌角、光亮 帶、斷裂帶、毛刺，這四種形態是在產品沖裁過程中于不同的階段，不同的部位、不同的應力作用下產生的。
如上圖，1塌角 :高度約等于8%T至15%T ；2.光亮帶 :高度約等于15%T至55%T ；3.斷裂帶 :高度約等于35%T至75%T ；4.毛刺 :高度約等于5%T至10%T
1）彈性變形階段
受力分析：刃口部分材料受剪切力，力的大小小于彈性極限，若力消失,則材料恢復原始狀態。
狀態描述：凸模施加壓 力于材料，材料略擠入凹模刃口。
2）塑性變形階段
受力分析:材料受力由邊及中心 ，逐漸超過彈性極限
狀態描述：凸模進一步深入材料,在本階段沖裁件產生塌角以及光亮帶
3）剪裂階段
受力分析:材料靠近凹模刃口的部分應力首先達到材料的抗剪切強度，使凹模刃口旁邊的材料產生的裂紋增大。而此時凸模刃口部分材料還處于塑性變形階段,隨著沖頭的進一步深入材料，沖頭附近材料也達到剪切強度，也產生裂紋 ，再往后兩裂紋重合，材料分離。
展開 柔性再生碳纖維濕法取向仿真模擬及其復合材料性能研究
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. Theresearch of machining of carbon fiber reinforced plastic[J].Journal of Mechanical Engineering，2018，54(23)：199-208.
[2] 馬立敏，張嘉振，岳廣全，等. 復合材料在新一代大型民用飛機中的應用[J]. 復合材料學報，2015，32(2)：217-322. MA Limin，ZHANG Jiazhen，YUE Guagnquan，et al
[3] 胡僑樂，端玉芳，劉志，等. 碳纖維增強聚合物基復合材料回收再利用現狀[J]. 復合材料學報，2022，39(1)：64-76. HU Qiaole，DUAN Yufang，LIU Zhi，et al. Current statusof carbon fiber reinforced polymer composites recyclingand re-manufacturing[J]. Acta Materiae CompositaeSinica，2022，39(1)：64-76.
[4] STEPHEN M. Recycled carbon fiber key to mass marketapplications [EB/OL] (2018-12-7) [2022-03-05]. https：//www.plasticstoday.com/recycling/recycled-carbon-fiberkey-mass-market-applications.
[5] 張紅平，歐陽潔.
展開 仿真類科研論文發表淺談
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；應用軟件主要是仿真軟件、數據處理軟件以及圖片優化軟件等；參考文獻主要是文獻的數量、類別和來源方面。
投稿事宜
投稿前需要選擇合適的期刊，選擇好期刊后按照期刊要求進行適當的內容和格式修改，體現出你的投稿誠意。對于期刊的選擇，根據具體的專業選擇合適的期刊和欄目。對于在校研究生來說可以盡量選擇該領域權威性更強、影響因子更高的期刊，提升論文的含金量；而對于職稱評定，則盡量選擇影響因子更低、年發表量更大的期刊，提高論文的錄用率（達到硬性要求即可）。需要注意的是，在線投稿要注意找正確的官方網站，仔細甄別假冒網站。投稿時間越早越好，但是有些期刊收稿時間有規律性，通常在每月初將收到的稿件統一分送出去，投稿后要經常關注投稿進度，如果超過一個月沒有消息，可以打電話咨詢編輯部，此外千萬不要一稿多投。
機械方面期刊推薦
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論文模板
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展開 各種溫差影響數控機床精度的原因
3）在工藝上，采用高速切削。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。
1）預應力和熱變形。
在較高速的進給系統中，往往采用滾珠絲杠兩端軸向固定，形成預拉伸應力。這種結構對高速進給來說，除了提高動靜態穩定性外，對于降低熱變形誤差具有明顯作用。
在全長600mm內預拉伸35m的軸向固定結構在不同的進給速度下溫升比較接近。兩端固定預拉伸結構的累積誤差明顯小于單端固定另一端自由伸長的結構。在兩端軸向固定預拉伸結構中，發熱引起的溫升主要是改變絲杠內部的應力狀態由拉應力變為零應力或壓應力。因此對位移精度影響較小。
2）改變結構，改變熱變形方向。
采用不同滾珠絲杠軸向固定結構的數控針槽銑床Z軸主軸滑座在加工中要求銑槽深度誤差5m。采用絲杠下端軸向浮動結構，在加工2h內，槽深逐漸加深從0到0.045mm。反之，采用絲杠上端浮動的結構，則能確保槽深變化 。
3）機床結構幾何形狀的對稱，可令熱變形走向一致，使刀尖點的漂移盡量減小。
例如，日本安田（Yasda）精密工具公司推出的YMC430微加工中心是亞微米高速加工機床，機床的設計對熱性能進行了充分的考慮。
首先在機床結構上采取完全對稱布局，立柱和橫梁是一體化結構，呈H型，相當于雙立柱結構，具有良好的對稱性。
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