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同時(shí)，討論了金屬切削過程有限元仿真的研究和發(fā)展方向，為未來的建模方向提供了指導(dǎo)。

當(dāng)前，我國(guó)正處于由制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，裝備制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)，切削刀具則是裝備制造業(yè)的重要配套。一直以來，傳統(tǒng)刀具切削研究以機(jī)床試驗(yàn)為主要方式，然而，機(jī)床試驗(yàn)設(shè)備成本高、耗時(shí)長(zhǎng)，在一定程度上限制了切削刀具的發(fā)展。伴隨著信息時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)科學(xué)和有限元仿真軟件迅速發(fā)展，基于有限元軟件的刀具切削仿真應(yīng)用日益普及，為刀具切削研究提供了全新的思路。

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

從300M的材料特性和加工特性來看，此材料在加工過程中極易產(chǎn)生大量的切削熱，過多的切削熱會(huì)導(dǎo)致工件出現(xiàn)燒傷現(xiàn)象。3 基于DEFORM-3D對(duì)工件切削熱進(jìn)行分析本文結(jié)合已有的有限元分析技術(shù)，利用仿真軟件DEFORM-3D，對(duì)低合金超高強(qiáng)度鋼300M的加工過程進(jìn)行模擬仿真，主要分析加工過程的切削熱以及切削區(qū)域的切削溫度，從而得到合適的加工參數(shù)。

2 有限元仿真軟件介紹及設(shè)置本文所采用的有限元CAE軟件為Advant Edge，是一款專業(yè)性較強(qiáng)、針對(duì)優(yōu)化金屬切削和輔助刀具設(shè)計(jì)的軟件，提供了多種2D和3D（包括車削、銑削、鉆削和拉削等）工藝分析模塊。本文中的有限元仿真可直接采用Advant Edge自帶的二維拉削模塊進(jìn)行，其大致分析流程為：刀具及工件參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)格劃分、材料定義、切削參數(shù)定義、求解過程分析和仿真結(jié)果分析。

鎢鉬合金屬于難加工材料，加工成本高、加工效率低且刀具磨損嚴(yán)重，利用ABAQUS有限元分析軟件，建立鎢鉬合金三維銑削模型，針對(duì)不同切削參數(shù)，研究在銑削鎢鉬合金過程中產(chǎn)生的切削力和切削溫度的變化規(guī)律，并通過銑削試驗(yàn)對(duì)仿真模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

ABAQUS有限元分析軟件是金屬切削加工仿真的常用軟件，具有強(qiáng)大的非線性分析功能，可以實(shí)現(xiàn)熱力耦合。鎢鉬合金屬于難加工材料，其加工成本高、加工效率低且刀具磨損嚴(yán)重，因此，本文使用ABAQUS有限元分析軟件，建立鎢鉬合金三維銑削模型，針對(duì)不同切削參數(shù)，研究在銑削鎢鉬合金過程中產(chǎn)生的切削力和切削溫度的變化規(guī)律，最后通過正交試驗(yàn)獲得最優(yōu)的銑削參數(shù)組合，以此為實(shí)際銑削加工提供參考。

與傳統(tǒng)減材制造（切削、磨削等）和等材制造（鑄造、鍛壓等）的材料加工方式不同，金屬增材制造依據(jù)三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)，通過光源或高能熱源等將離散材料（粉材、絲材等）逐層累積制造實(shí)體構(gòu)件，是一種自下而上疊加材料成形的“自由制造”過程，有望成為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)跨代提升的一條關(guān)鍵技術(shù)途徑。

在金屬加工過程中，切削液本是保護(hù)設(shè)備和工件的 “潤(rùn)滑劑” 與 “防護(hù)盾”，但實(shí)際使用中卻常出現(xiàn)腐蝕工件、銹蝕機(jī)床的情況，不僅影響加工精度，還會(huì)增加設(shè)備維護(hù)成本。東莞市杉山潤(rùn)滑油科技有限公司深耕切削液研發(fā)生產(chǎn) 18 年，對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)有著深刻洞察，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來看，切削液產(chǎn)生腐蝕問題并非單一原因，而是配方、使用、維護(hù)等多方面因素共同作用的結(jié)果。 切削液自身的配方配比失衡，是引發(fā)腐蝕的核心內(nèi)因。

切削液產(chǎn)生沉淀液的原因較為復(fù)雜，首要因素是切削液自身的配方穩(wěn)定性不足。優(yōu)質(zhì)切削液的乳化體系需經(jīng)過精準(zhǔn)配比，若配方設(shè)計(jì)不合理，或添加劑與基礎(chǔ)油兼容性差，切削液在長(zhǎng)期循環(huán)使用中就容易發(fā)生分層、成分析出，進(jìn)而形成沉淀。其次，外部雜質(zhì)的混入是不可忽視的重要誘因，加工過程中產(chǎn)生的金屬碎屑、環(huán)境中的粉塵，以及設(shè)備泄漏的油污等，若未通過過濾系統(tǒng)及時(shí)清除，會(huì)與切削液中的化學(xué)成分發(fā)生反應(yīng)，逐漸沉降形成頑固沉淀。

針對(duì)不同客戶的加工需求，公司能精準(zhǔn)匹配適配的切削液產(chǎn)品，同時(shí)依托 24 小時(shí)技術(shù)及品質(zhì)售后服務(wù)，及時(shí)解決客戶使用過程中遇到的各類問題。20 年的行業(yè)積累讓企業(yè)對(duì)各類切削液的特性與應(yīng)用場(chǎng)景了如指掌，全流程質(zhì)量監(jiān)控體系則確保每一批切削液都符合高標(biāo)準(zhǔn)，成為工業(yè)企業(yè)選擇切削液產(chǎn)品的可靠伙伴。 ?

不同切削深度下二維巖石切削分析 線性切削廣泛應(yīng)用于巖石的數(shù)值試驗(yàn)中，在線性切削過程中切削刀具以設(shè)定的速度劃過巖石表面，同時(shí)以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對(duì)巖石切削中切削力的影響。1.計(jì)算模型運(yùn)用有限元顯示動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行仿真模擬計(jì)算。

此外，Cohesive單元的剛度退化過程可平滑模擬裂紋擴(kuò)展的能量耗散，解決了傳統(tǒng)有限元模擬中裂紋擴(kuò)展時(shí)的網(wǎng)格畸變與計(jì)算不收斂問題，提升了切削力、裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度等關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算精度。從工程適用性角度考量，該方法可直接服務(wù)于巖石切削工藝優(yōu)化。在石油工程鉆井、礦山機(jī)械切削等實(shí)際場(chǎng)景中，巖石內(nèi)部存在天然微裂紋與缺陷，多裂紋擴(kuò)展直接影響切削效率與刀具磨損。

在機(jī)械加工、CNC 加工中心、車床加工等工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，切削液并非可有可無的輔助耗材，而是保障加工過程高效、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)推進(jìn)的關(guān)鍵要素。從金屬切削、研磨到精密加工，合理使用切削液能從根本上解決加工過程中的諸多技術(shù)難題，降低生產(chǎn)損耗，提升加工質(zhì)量與效率，是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的加工配套材料。 冷卻降溫是切削液最基礎(chǔ)也最核心的作用。

利用CPFEM方法對(duì)鈦合金圓棒拉伸過程進(jìn)行模擬，使用UMAT子程序以及Abaqus有限元軟件作為晶體塑性有限元分析的實(shí)現(xiàn)方式。并且，在一些復(fù)雜工藝條件下如切削、軋制、沖壓等，CPFEM方法同樣適用，能夠模擬材料變形過程中的非線性行為和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

現(xiàn)有加工制造仿真研究多注重于有限元分析、表面形貌仿真，得益于高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，為研究切屑形成機(jī)理、切削力和加工表面微組織演變提供了支持[14,15,16]。文獻(xiàn)[17]研究加工尺度上的仿真算法，提高仿真效率；Altintas等[18]提出任意立銑刀或插刀幾何的通用建模方法，并設(shè)計(jì)虛擬銑削仿真系統(tǒng)，以改進(jìn)工業(yè)中的刀具設(shè)計(jì)或工藝規(guī)劃。

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高和切削液配方技術(shù)的持續(xù)升級(jí)，無磷化已成為切削液產(chǎn)品的核心發(fā)展趨勢(shì)，既符合國(guó)家生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求，也能為加工企業(yè)降低生產(chǎn)和環(huán)保成本，同時(shí)保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和加工產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)金屬加工行業(yè)向綠色、高效、清潔的方向發(fā)展。