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1、 引言本教學聚焦于金屬切削加工領域，通過 Abaqus 有限元分析軟件開展三維切削過程仿真建模實踐教學。

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。

由于切削時切削力大，切削熱高，刀具與切屑的直接摩擦加劇，所以導致刀具材料與工件材料產生親和作用，加上材料硬質點的存在和嚴重的加工硬化現象，刀具在切削過程中易產生黏結磨損、擴散磨損、磨料磨損和溝紋磨損，使刀具喪失切削的能力。切削時的切屑為帶狀的纏繞屑，既不安全，又影響切削過程的順利進行，也不便于處理。在加工中容易產生熱變形，因而一些精密尺寸和形狀不易保證。

我們通常所說的切削溫度是指平均溫度，干式切削過程中溫度可由200攝氏度左右上升到500攝氏度以上，鐵屑顏色的變化包括：銀白色→淡黃色→暗黃色→絳紅色→暗藍色→藍色→藍灰色→灰白色→紫黑色。 靠切削顏色的變化來合理確定切削參數，也是有經驗的技師常用的方法。

它的切削過程平衡，切削力波動較小，已加工表面粗糙度較小。 2. 節狀切屑 又稱擠裂切屑。它的外表面呈鋸齒形，內表面有時有裂紋。在切削速度較低、切削厚度較大、刀具前角較小時常產生此類切屑。 3.

這與杉山切削液 “換油周期長、清潔性能出眾” 的核心優勢相呼應，綠色外觀也能在使用過程中更清晰地反映切削液的變質程度，讓工人及時察覺液質變化。 同時，綠色成為切削液的主流色系，也有行業共識與品牌辨識度的考量。在工業潤滑油領域，綠色逐漸成為高品質、環保型切削液的視覺符號，消費者形成了 “綠色切削液更環保、性能更優” 的認知。

加工時切屑過短，斷屑作用過于強烈，會消耗更高的機床功率，并且會有加大振動的趨勢。而切屑過長會使排屑更困難，離心力將切屑壓向孔壁，殘留的切屑被擠壓到已加工工件表面，就會出現切屑堵塞的風險進而損壞刀具。因此，進行內孔車削時，推薦使用帶內冷的刀具。這樣，切削液將會有效地把切屑排出孔外。加工通孔時，也可用壓縮空氣代替切削液，通過主軸吹出切屑。

一、創建仿真模型 本教程采用abaqus中CEL（耦合的歐拉-拉格朗日）方法對鈦合金（Ti6AL4V）的銑削過程進行仿真，通過仿真結果可以提取刀具受力及溫度變化，并直觀的觀察到切屑的生成過程。模型建模均在ABAQUS CAE中完成，通過調整尺寸參數可方便的對模型進行修改。附件中會提供CAE源文件。

不銹鋼材料加工難點主要有以下幾個方面： 1. 切削力大，切削溫度高 該類型材料強度大，切削時切向應力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導熱性極差，造成切削溫度升高，且高溫往往集中在刀具刃口附近的狹長區域內，從而加快了刀具的磨損。 2.

順銑與逆銑 相對于工件的進給方向和銑床銑刀的旋轉方向有兩種方式：第一種是順銑，銑刀的旋轉方向和切削的進給方向是相同的，在開始切削時銑刀就咬住工件并切下最后的切屑。

不銹鋼材料加工難點主要有以下幾個方面：1. 切削力大，切削溫度高該類型材料強度大，切削時切向應力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導熱性極差，造成切削溫度升高，且高溫往往集中在刀具刃口附近的狹長區域內，從而加快了刀具的磨損。2.

5、切屑的有效排出 內孔車削加工中，排屑對于加工效果和安全性能的影響也非常重要，特別是在加工深孔和盲孔時尤為如此。較短的螺旋屑是內孔車削較理想的切屑，該類型切屑比較容易被排出，并且在切屑折斷時不會對切削刃造成大的壓力。 加工時切屑過短，斷屑作用過于強烈，會消耗更高的機床功率，并且會有加大振動的趨勢。

不同的加工方式、加工材料對切削液的性能要求差異顯著，高負荷、長時間的加工場景，需優先選擇抗磨性強、高溫穩定性好的切削液，能有效減少刀具與工件的摩擦損耗，避免因高溫導致切削液失效；針對精密加工需求，切削液的清潔性能尤為關鍵，出眾的清潔度可防止切屑殘留影響加工精度，同時減少設備內部的雜質堆積。

使用切削液能將切屑迅速沖走，是切削順利進行。 2）種類：常用切削液有兩大類 乳化液：主要起冷卻作用，乳化液是把乳化油用15~20倍的水稀釋而成，這類切削液的比熱大，粘度小，流動性好，可以吸收大量的熱，使用這類切削液主要是為了冷卻刀具和工件，提高刀具壽命，減少熱變形。乳化液中含水較多，潤滑和防銹功能較差。

順銑與逆銑 相對于工件的進給方向和銑床銑刀的旋轉方向有兩種方式：第一種是順銑，銑刀的旋轉方向和切削的進給方向是相同的，在開始切削時銑刀就咬住工件并切下最后的切屑。

除了切削刃半徑大小因素外，切屑形成、材料變形和應力分布還受未變形切屑厚度與切削刃半徑之比的影響[9]。當兩者比值降低至最小未變形切屑厚度以下，則主剪切區域會消失。綜上所述，減小刀具刃口半徑有利于降低切削溫度，減小切削力，降低切削應力。但當刀具鈍圓半徑為5μm時，后刀面上的米塞斯應力范圍最廣，且最大應力超過2500MPa。

使用切削液能將切屑迅速沖走，是切削順利進行。 2）種類：常用切削液有兩大類 乳化液：主要起冷卻作用，乳化液是把乳化油用15~20倍的水稀釋而成，這類切削液的比熱大，粘度小，流動性好，可以吸收大量的熱，使用這類切削液主要是為了冷卻刀具和工件，提高刀具壽命，減少熱變形。乳化液中含水較多，潤滑和防銹功能較差。

使用切削液能將切屑迅速沖走，是切削順利進行。 2）種類：常用切削液有兩大類 乳化液：主要起冷卻作用，乳化液是把乳化油用15~20倍的水稀釋而成，這類切削液的比熱大，粘度小，流動性好，可以吸收大量的熱，使用這類切削液主要是為了冷卻刀具和工件，提高刀具壽命，減少熱變形。乳化液中含水較多，潤滑和防銹功能較差。

使用切削液能將切屑迅速沖走，是切削順利進行。 2）種類：常用切削液有兩大類 乳化液：主要起冷卻作用，乳化液是把乳化油用15~20倍的水稀釋而成，這類切削液的比熱大，粘度小，流動性好，可以吸收大量的熱，使用這類切削液主要是為了冷卻刀具和工件，提高刀具壽命，減少熱變形。乳化液中含水較多，潤滑和防銹功能較差。