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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

（3）定義初始條件 定義初始條件就是在DEFORM-3D中設置仿真加工的基本參數，具體設置如下。1）設置切削參數。主要包括切削速度、背吃刀量和進給量等的設置。2）工作環境和接觸面屬性設置。主要包括環境溫度、摩擦因數和熱導率等的設置。3）刀具設置。主要包括刀具的角度、結構及材料等的設置，也需要設置刀具的邊界條件等，本次模擬使用的刀具材料為硬質合金WC。

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。

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。

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。

表4　鎢鉬合金材料Johnson-Cook本構模型參數2.3 接觸和邊界條件創建一個接觸屬性，由于仿真過程中將刀具視為剛體，所以需要再創建一個剛體約束。在初始分析步下創建一個邊界條件，約束工件側面的所有自由度，刀具需要約束4個自由度，并設置繞Z 軸的旋轉及移動，其中轉動速度為主軸轉速，移動速度為進給速度。創建預定義溫度場，定義工件的溫度為298K。

表4　鎢鉬合金材料Johnson-Cook本構模型參數2.3 接觸和邊界條件創建一個接觸屬性，由于仿真過程中將刀具視為剛體，所以需要再創建一個剛體約束。在初始分析步下創建一個邊界條件，約束工件側面的所有自由度，刀具需要約束4個自由度，并設置繞Z 軸的旋轉及移動，其中轉動速度為主軸轉速，移動速度為進給速度。創建預定義溫度場，定義工件的溫度為298K。

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。

單刀線性切削巖石材料的仿真計算十分復雜，為了提高計算效率和便于分析，忽略次要影響因素，對該模型做出如下假設：(1)當巖石材料單元失效后即從模型中刪除，忽略其失效后對后續切削的影響。(2)切削刀具的強度和剛度遠高于巖石材料，將刀具假設為剛體，且在切削過程中不發生磨損。(3)不考慮溫度對切削過程的影響。

切削過程中刀頭兩個面與待切材料結點集接觸，切向摩擦系數定為0.1 08 定義載荷與邊界

應力場仿真結果（1）開啟冷卻系統階段 （2）超聲振動切削階段 2. 溫度場仿真結果（1）開啟冷卻系統階段 （2）超聲振動切削階段 3.

D5-0.090.27-0.480.0143.87 材料曲線：（參考鋼的參考溫度Tf=300℃，融化溫度1700℃） 切削過程看作顯示動力學分析，整體分析時間t=0.03s，打開幾何非線性。

系統可以自動生成此類報告，您可以將其另存為文檔，在將來每次仿真時用作參考。散熱器仿真報告的第一頁。報告結構創建完成后，報告便會根據每次仿真結果自動更新，并能以不同的名稱進行保存，以記錄仿真信息。其中包含一個問題定義部分，記錄域設置、邊界設置、初始條件、網格、自由度數量等信息。結果包含派生值和模型文件中的繪圖。有限元分析發展趨勢如上所述，有限元分析過程包含許多步驟。

雙擊wall，先看一下這個模型，除了進出口，還有3組面，其中第2個和最后1個是切面，只有第1組面才是燃燒器真正的壁面。圖13 wall查看c. 設置wall的邊界條件，軟件一般會把無特殊命名的面都自動識別到壁面wall里，所以需要我們把切面反選出來，確定。圖14 Wall定義d. 關于切面，一般會定義成對稱面。

刀具沿水平XY方向切削，然后沿Z軸方向運動，進入下一個水平切削層，即所謂的2.5軸加工。在同一個切削區間，刀具使終沿著相同的邊界切削，即每一個水平切削層的刀具路徑相同，因此平面銑只能加工出直壁平底零件(側壁垂直于底面)。平面銑通常采用平底端銑刀。