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在二維切削模型中，刀具擠壓巖石會(huì)在刃口前方形成應(yīng)力集中區(qū)，同時(shí)在切削面下方產(chǎn)生次生裂紋，多條裂紋的擴(kuò)展路徑相互影響，最終決定碎屑形態(tài)與切削力波動(dòng)特征。Cohesive單元可預(yù)先嵌入巖石基體網(wǎng)格的薄弱面（如顆粒邊界、層理面）或全域分布，當(dāng)局部應(yīng)力滿足斷裂準(zhǔn)則時(shí)，單元自動(dòng)失效形成裂紋，無需人為預(yù)設(shè)裂紋路徑，有效避免了預(yù)設(shè)裂紋帶來的主觀性誤差。

圖3 J-C本構(gòu)模型及其修正模型圖4 二維和三維有限元建模損傷模型及其適用性圖5 損傷其實(shí)和損傷演化階段物理量的變化2）綜述了宏觀切屑形態(tài)、切削力、刀具磨損、殘余應(yīng)力的建模方法和它們對(duì)刀具壽命和工件表面質(zhì)量影響的有限元分析，通過改進(jìn)模型進(jìn)而提高各變量仿真預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。a） 切屑形成的有限元模型為刀具與工件相互作用提供更全面的理解。

后處理過程計(jì)算結(jié)果如下 本案例的后處理結(jié)果云圖可反映刀具切削過程中的應(yīng)力變化。刀具與工件材料之間接觸區(qū)域的顏色較深，表示該區(qū)域的應(yīng)力值較高，這是由于在切削過程中，工件受到擠壓和剪切力的作用，產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象。03 結(jié)論 作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各工業(yè)部門的基礎(chǔ)配套產(chǎn)業(yè)，切削刀具對(duì)提高制造業(yè)效率起著不可替代的作用。

這種情況的出現(xiàn)說明在拉削速度不高（5m/min）的工況下，改變拉刀刃口半徑大小對(duì)拉削溫度的影響并不突出。3.2 米塞斯應(yīng)力對(duì)比分析米塞斯應(yīng)力是刀具磨損與服役壽命的關(guān)鍵影響因素。圖6和圖7分別為不同刃口半徑的拉刀在拉削過程中所受到的米塞斯應(yīng)力云圖與數(shù)據(jù)對(duì)比。

在刀具切削仿真領(lǐng)域，應(yīng)用SPH算法進(jìn)行金剛石刀具切削工件逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)。應(yīng)用SPH算法表征材料在加工過程中的磨屑狀態(tài)、損傷情況、亞表面裂紋擴(kuò)展對(duì)于揭示刀具切削原理更加直觀高效，是此方法的最大優(yōu)勢(shì)之處。關(guān)于SPH算法的原理及建模思路本帖不加說明，讀者可自行前往技術(shù)鄰平臺(tái)搜索閱覽。本帖主要給出金剛石磨粒在加工過程中形成的SPH磨屑狀態(tài)分布云圖方法。

結(jié)果展示：1.切削刀具切削材料的應(yīng)力云圖2.切削刀具在水平方向的反作用力隨時(shí)間變化曲線 另外，在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)主刀的運(yùn)動(dòng)推進(jìn)的分析！（案例不包含該分析介紹）

圖1 運(yùn)行模擬過程界面（5）后處理 模擬過程運(yùn)行結(jié)束后，可以通過軟件后處理查看模擬仿真結(jié)果，包括切削過程中切削力、切削溫度、刀具應(yīng)力、刀具變形量和切屑的形成等。在軟件的后處理界面中，可以查看模擬加工過程中的溫度，如圖2所示。

圖3 所以在加工之前，先在毛坯上開一個(gè)應(yīng)力釋放槽，如圖3實(shí)線位置所示，再?gòu)墓ぷ髋_(tái)上取下，自然時(shí)效1～2h，讓變形盡量在此時(shí)全部發(fā)生。之后，增加一個(gè)鉗工校平工序?qū)⒘慵Ｆ剑瑒t零件在后續(xù)加工中變形量會(huì)大幅度地降低。 2、改善刀具的切削能力 刀具的材料、幾何參數(shù)對(duì)切削力、切削熱有重要的影響，正確選擇刀具，對(duì)減少零件加工變形至關(guān)重要。

7） 刀具磨損過度。對(duì)策：及時(shí)換刀或更換切削刃。8） 切削液流量不足或加注方法不正確，造成刀片驟熱而裂損。對(duì)策：① 加大切削液的流量。② 合理布置切削液噴嘴的位置。③ 采用有效的冷卻方法如噴霧冷卻等提高冷卻效果。④ 采用*切削減小對(duì)刀片的沖擊。9） 刀具安裝不正確，如：切斷車刀安裝過高或過低；端面銑刀采用了不對(duì)稱順銑等。對(duì)策：重新安裝刀具。

圖3所以在加工之前，先在毛坯上開一個(gè)應(yīng)力釋放槽，如圖3實(shí)線位置所示，再?gòu)墓ぷ髋_(tái)上取下，自然時(shí)效1～2h，讓變形盡量在此時(shí)全部發(fā)生。之后，增加一個(gè)鉗工校平工序?qū)⒘慵Ｆ剑瑒t零件在后續(xù)加工中變形量會(huì)大幅度地降低。2、改善刀具的切削能力刀具的材料、幾何參數(shù)對(duì)切削力、切削熱有重要的影響，正確選擇刀具，對(duì)減少零件加工變形至關(guān)重要。1）合理選擇刀具幾何參數(shù)。

切削用量的合理選擇 切削用量的確定是數(shù)控加工工藝的重要內(nèi)容，它的大小是機(jī)床主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的重要參數(shù)，對(duì)工件加工精度、加工效率以及刀具磨損有著重要的影響。切削用量的選擇包括切削速度、背吃刀量以及進(jìn)給量。基本的選擇原則是：在剛度允許的條件下，粗加工取較大的切削深度，以減少走刀次數(shù)，提高工件生產(chǎn)率；精加工一般取較小的切削深度，以獲得較高的表面質(zhì)量。 學(xué)無止境，沒有最好，只有更好。

切削力大，切削溫度高 該類型材料強(qiáng)度大，切削時(shí)切向應(yīng)力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導(dǎo)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(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，從而加快了刀具的磨損。 2. 加工硬化嚴(yán)重 奧氏體不銹鋼以及一些高溫合金不銹鋼均為奧氏體組織，切削時(shí)加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數(shù)倍，刀具在加工硬化區(qū)域內(nèi)切削，使刀具壽命縮短。 3.

在進(jìn)行切削仿真時(shí)，對(duì)坯件建模的常用方式有表面網(wǎng)格法和體素填充。體素是描述三維物體的最小單元，每個(gè)體素都可設(shè)置位置、質(zhì)量、顏色等屬性，加工仿真研究中常用點(diǎn)云形式、八叉樹結(jié)構(gòu)等表示及處理體素模型，有利于快速進(jìn)行質(zhì)量體積等幾何運(yùn)算。刀具經(jīng)過工件體素模型時(shí)，進(jìn)行碰撞檢測(cè)、反饋力計(jì)算等，進(jìn)而刪除刀具與工件干涉的點(diǎn)，模擬切削加工過程，在精度要求較高時(shí)需要消耗大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存[2,3,4,5,6]。

切削力大，切削溫度高該類型材料強(qiáng)度大，切削時(shí)切向應(yīng)力大、塑性變形大，因而切削力大。此外材料導(dǎo)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(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，從而加快了刀具的磨損。2. 加工硬化嚴(yán)重奧氏體不銹鋼以及一些高溫合金不銹鋼均為奧氏體組織，切削時(shí)加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數(shù)倍，刀具在加工硬化區(qū)域內(nèi)切削，使刀具壽命縮短。3.

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