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課程以典型切削工況為對象，系統講解從幾何建模、材料定義、網格劃分到載荷施加及結果分析的全流程操作，旨在使學員掌握：? 三維切削模型的簡化與參數化建模方法? 切削過程中材料本構關系與失效準則的工程應用? 網格自適應技術在大變形切削仿真中的優化策略? 切削力、溫度場及切屑形態等關鍵物理量的提取與分析方法2、 幾何模型與材料參數（1） 模型構建：本教學中涉及的部件模型均通過

由于本文研究目的是分析在不同的銑削參數下切削力和切削溫度的變化規律，同時考慮到刀具的主切削刃相對于工件小得多，因此在ABAQUS有限元分析中假設刀具是剛體，不考慮刀具變形和磨損，刀具的物理參數見表2。

（1）建立幾何模型 在軟件中設置仿真切削工件的幾何形狀，包括直徑、長度和厚度等。（2）網格劃分 可采用任意拉格朗日歐拉法在工件內部進行網格劃分，使網格在求解過程中能隨著設置的參數進行適當的調整，避免出現嚴重的畸變。任意拉格朗日歐拉法非常適合模擬切削加工，被普遍應用于模擬切削的研究中。

由于本文研究目的是分析在不同的銑削參數下切削力和切削溫度的變化規律，同時考慮到刀具的主切削刃相對于工件小得多，因此在ABAQUS有限元分析中假設刀具是剛體，不考慮刀具變形和磨損，刀具的物理參數見表2。

在Abaqus的Explicit模塊下，有兩種金屬切削仿真的方法，一種是用溫度-變形耦合算法，另一種是任意拉格朗日-歐拉算法，本文使用前者。Johnson-Cook 本構模型 Johnson-Cook 本構模型和斷裂準則誕生于上世紀八十年代，由Johnson和Cook提出，現被廣泛應用于沖擊領域。

待切削工件采用歐拉類型進行建模，創建計算域并對其進行切分。 二、創建材料銑削是一個高速動態的過程，需同時考慮應變、應變率及溫度對被切削材料的影響，因此工件采用J-C本構。

金屬切削尤其是高速、重負荷切削過程中，會因劇烈摩擦產生大量熱量，若熱量無法及時散出，會導致刀具和工件溫度快速升高，引發刀具熱變形、回火軟化，還會造成工件熱變形，直接影響加工精度，甚至出現工件表面燒蝕的情況。

潤滑減磨是切削液提升加工效率的重要體現。未使用切削液時，刀具與工件、切屑之間的干摩擦會產生巨大阻力，不僅增加設備動力消耗，還會加劇刀具磨損，出現粘刀、積屑瘤等問題，導致工件表面出現劃痕、毛刺，降低表面光潔度。

圖7 不同類型殘余應力的有限元仿真模型3）回顧了在微觀切削過程中，建立有限元模型模擬材料去除機制，重點介紹了切屑形成中未切削切屑厚度，微切削力，微刀具磨損，微切削殘余應力和微觀組織演化的有限元建模與宏觀切削的區別。a）考慮尺寸效應，進一步研究從塑性變形到剪切的臨界狀態，對工件表面質量的提高具有重大意義，如圖8所示。

金屬切削加工過程中，刀具與工件的高速摩擦、切削會產生大量熱量，若不及時處理，不僅會導致刀具溫度驟升、硬度下降，還會讓工件因熱變形影響精度，甚至出現表面燒蝕、毛刺過多等問題。切削液的核心作用之一便是冷卻降溫，通過快速帶走切削區域的熱量，維持刀具和工件的正常溫度，避免熱變形與熱磨損，保障加工精度的同時，讓設備能在高負荷下長時間穩定運行，大幅提升生產效率。 除了冷卻，潤滑減磨是切削液的另一核心功能。

2 有限元仿真軟件介紹及設置本文所采用的有限元CAE軟件為Advant Edge，是一款專業性較強、針對優化金屬切削和輔助刀具設計的軟件，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行，其大致分析流程為：刀具及工件參數設定、網格劃分、材料定義、切削參數定義、求解過程分析和仿真結果分析。

細長軸在加工中是最常見的問題 1、熱變形大。 細長軸車削時熱擴散性差、線膨脹大，當工件兩端頂緊時易產生彎曲。 2、剛性差。 車削時工件受到切削力、細長的工件由于自重下垂、高速旋轉時受到離心力等都極易使其產生彎曲變形。 3、表面質量難以保證。 由于工件自重、變形、振動影響工件圓柱度和表面粗糙度。

粗加工環節切削量較大、產熱多，核心需求是快速冷卻，應選用冷卻性能突出的切削液，及時帶走加工熱量，防止工件與刀具過熱變形；精加工環節對工件表面精度、光潔度要求高，需優先考慮潤滑性能優異的切削液，減少刀具與工件的摩擦，提升加工表面質量；磨削加工尤其是光學玻璃、金屬研磨等精密磨削，要選用清潔性好、雜質含量低的切削液，避免磨屑殘留影響磨削精度。

東莞市杉山潤滑油科技有限公司的乳化液型切削液，依托 20 年技術沉淀，在 CNC 加工、電子元件制造等領域應用廣泛，其產品能快速帶走加工熱量，減少工件變形，同時具備良好的防銹性能，延長設備與工件的使用壽命。 ? 第三類是半合成切削液，融合了油基與水基切削液的優點，冷卻性、潤滑性與清洗性均衡，是目前應用最廣泛的切削液類型之一。

當切削深度αp與進給量?選定后，在些基礎上再選最大的切削速度，切削加工的發展方向是高速切削加工。四）粗糙度機械學概念 在機械學中，粗糙度指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。它是互換性研究的問題之一。表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統中的高頻振動等。

鈦合金的彈性對零件性能來說可能是有益的，但是在切削過程中，工件的彈性變形是產生振動的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現象大于切削作用。摩擦過程也會產生熱，加重了鈦合金導熱性不良問題。加工薄壁或環形等易變形零件時，這個問題就更加嚴重，將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度不是一件容易的事。

6、切削液 1）切削液的作用 冷卻作用：切削熱能帶走大量的切削熱，改善散熱條件，降低刀具和工件的溫度，從而延長了刀具的使用壽命，可防止工件因熱變形而產生的尺寸誤差。

當切削深度αp與進給量?選定后，在些基礎上再選最大的切削速度，切削加工的發展方向是高速切削加工。四）粗糙度機械學概念 在機械學中，粗糙度指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。它是互換性研究的問題之一。表面粗糙度一般是由所采用的加工方法和其他因素所形成的，例如加工過程中刀具與零件表面間的摩擦、切屑分離時表面層金屬的塑性變形以及工藝系統中的高頻振動等。