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一、研究背景 金屬切削過程中伴隨著復(fù)雜的應(yīng)力場、應(yīng)變場和溫度場，刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)對切屑形態(tài)、切削力、刀具磨損、殘余應(yīng)力的綜合影響是復(fù)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(zhì)量和刀具壽命的影響和過程變量的影響因素有顯著差異。

一、創(chuàng)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(jié)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(diào)整尺寸參數(shù)可方便的對模型進行修改。附件中會提供CAE源文件。

除了切削刃半徑大小因素外，切屑形成、材料變形和應(yīng)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(dāng)兩者比值降低至最小未變形切屑厚度以下，則主剪切區(qū)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(yīng)力。但當(dāng)?shù)毒哜g圓半徑為5μm時，后刀面上的米塞斯應(yīng)力范圍最廣，且最大應(yīng)力超過2500MPa。

3 基于DEFORM-3D對工件切削熱進行分析本文結(jié)合已有的有限元分析技術(shù)，利用仿真軟件DEFORM-3D，對低合金超高強度鋼300M的加工過程進行模擬仿真，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)。利用有限元軟件進行模擬仿真主要有以下幾個步驟。（1）建立幾何模型 在軟件中設(shè)置仿真切削工件的幾何形狀，包括直徑、長度和厚度等。

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踐教學(xué)。

張春建等對大型螺紋旋風(fēng)銑床主傳動系統(tǒng)和銑削工件系統(tǒng)進行了動力學(xué)仿真分析，提出以多點支撐和硅油減震器抑制旋銑系統(tǒng)振動。尹輝俊等針對旋風(fēng)銑床加工大型錨具外螺紋時的振動進行了測試分析，采取增厚銑頭基座的方法降低振動。雖然研究人員在旋銑機理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計方面進行了深入研究，但上述研究對象主要集中在絲杠、螺紋、螺桿、大模數(shù)螺桿、葉輪等方面，針對電機軸螺桿旋銑裝備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計鮮有報道。

仿真方面的文章在撰寫時，一般包含應(yīng)用場景、研究要點、仿真模型、仿真結(jié)果、應(yīng)用軟件和參考文獻選擇幾方面，對于應(yīng)用場景的研究內(nèi)容主要有新型材料、特種加工工藝、切削設(shè)備和加工機理等幾方面；研究要點主要集中在熱力耦合、切屑形態(tài)和能量消耗等；仿真模型主要是幾何模型的建立、材料本構(gòu)模型的選擇、接觸屬性的設(shè)置以及邊界條件的添加等；仿真結(jié)果主要為數(shù)據(jù)的整理輸出、應(yīng)力溫度圖的輸出、網(wǎng)格節(jié)點位移的提取、輸出結(jié)果的分析以及仿真結(jié)果的討論等方面

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，得益于高性能計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，為研究切屑形成機理、切削力和加工表面微組織演變提供了支持[14,15,16]。文獻[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)計虛擬銑削仿真系統(tǒng)，以改進工業(yè)中的刀具設(shè)計或工藝規(guī)劃。