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圖6 從仿真精度和時(shí)間尺度總結(jié)切削力的有限元仿真進(jìn)展c）刀具磨損的產(chǎn)生原因、分布和影響因素的仿真研究，為改善刀具表面的摩擦、磨損和失效性能，提高刀具有效壽命提供依據(jù)。d）切削過(guò)程中的應(yīng)力不能在所需的時(shí)間和空間分辨率中測(cè)量，而有限元仿真可以很好的研究殘余應(yīng)力的變化和分布情況，如圖7所示。

表1 刀具仿真參數(shù)設(shè)定 本文針對(duì)FGH95高溫合金，其J-C模型本構(gòu)參數(shù)定義如圖2所示。

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(guò)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。為了滿足制造業(yè)和科研工作者的仿真需求，神工坊高性能仿真平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具切削過(guò)程的模擬，助力提高刀具切削質(zhì)量，降低制造成本

由于切削時(shí)切削力大，切削熱高，刀具與切屑的直接摩擦加劇，所以導(dǎo)致刀具材料與工件材料產(chǎn)生親和作用，加上材料硬質(zhì)點(diǎn)的存在和嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象，刀具在切削過(guò)程中易產(chǎn)生黏結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、磨料磨損和溝紋磨損，使刀具喪失切削的能力。切削時(shí)的切屑為帶狀的纏繞屑，既不安全，又影響切削過(guò)程的順利進(jìn)行，也不便于處理。在加工中容易產(chǎn)生熱變形，因而一些精密尺寸和形狀不易保證。

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(jiàn)表2。

單刀線性切削巖石材料的仿真計(jì)算十分復(fù)雜，為了提高計(jì)算效率和便于分析，忽略次要影響因素，對(duì)該模型做出如下假設(shè)：(1)當(dāng)巖石材料單元失效后即從模型中刪除，忽略其失效后對(duì)后續(xù)切削的影響。(2)切削刀具的強(qiáng)度和剛度遠(yuǎn)高于巖石材料，將刀具假設(shè)為剛體，且在切削過(guò)程中不發(fā)生磨損。(3)不考慮溫度對(duì)切削過(guò)程的影響。

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(jiàn)表2。

本文將坯件表面采樣為點(diǎn)云模型、球頭銑刀簡(jiǎn)化為球面，對(duì)切削加工過(guò)程進(jìn)行仿真，建立加工過(guò)程中的坯件-刀具的動(dòng)態(tài)模型并將其可視化，有以下改進(jìn)創(chuàng)新：(1）僅對(duì)坯件表面進(jìn)行點(diǎn)采樣，相比填充體素節(jié)省內(nèi)存及減少計(jì)算量；(2）引入法線計(jì)算新形成的表面，同時(shí)提高計(jì)算效率和計(jì)算精度；(3）使用Python語(yǔ)言，Open3D庫(kù)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)仿真，方法不依賴特定軟件平臺(tái)。

分別創(chuàng)建工件和刀具材料，并賦予相應(yīng)的部件 三、模型裝配 完成刀具和工件Part的創(chuàng)建后，在Assembly模塊創(chuàng)建其實(shí)例并完成裝配，如圖5所示。 四、創(chuàng)建分析步創(chuàng)建熱位移耦合分析步，分析時(shí)間根據(jù)切削距離與切削速度確定。然后，將刀具的參考點(diǎn)設(shè)置成set命名為RP-Tool，在歷史變量輸出反力與位移。

在金屬加工領(lǐng)域，切削液是保障CNC加工精度、延長(zhǎng)刀具壽命的核心工業(yè)耗材，但不少制造企業(yè)在選購(gòu)和使用中常常陷入困境：加工鋁合金、不銹鋼、鑄鐵等多種材質(zhì)時(shí)，不得不分槽換液，頻繁停工耽誤生產(chǎn)；普通切削液易變質(zhì)發(fā)臭，換液周期短，每年采購(gòu)和廢液處理成本居高不下；潤(rùn)滑性能不足導(dǎo)致刀具磨損快，斷刀率高，工件光潔度不達(dá)標(biāo)；泡沫多、異味重影響車間環(huán)境，甚至不符合環(huán)保要求。

在按下 [加工精靈] (Process Wizard) 按鈕後，便會(huì)顯示以下資訊。

刀具磨損后，工件表面粗糙度值增加，切削溫度上升，工件變形隨之增加。因此，除選用耐磨性好的刀具材料外，刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該大于0.2mm，否則容易產(chǎn)生積屑瘤。切削時(shí)，工件的溫度一般不要超過(guò)100℃，以防止變形。

③嚴(yán)格控制刀具的磨損標(biāo)準(zhǔn)。刀具磨損后，工件表面粗糙度值增加，切削溫度上升，工件變形隨之增加。因此，除選用耐磨性好的刀具材料外，刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該大于0.2mm，否則容易產(chǎn)生積屑瘤。切削時(shí)，工件的溫度一般不要超過(guò)100℃，以防止變形。

6 實(shí)際應(yīng)用 在粗加工過(guò)程中，由于刀具的切削量較大，刀具容易磨損或發(fā)生崩角現(xiàn)象，此時(shí)操作工應(yīng)注意當(dāng)刀具發(fā)生異常情況時(shí)，需更換新刀具，確保刀具能正常切削。在精加工過(guò)程中，受機(jī)床精度、刀具磨損的影響，不同刀路之間不能較好地接順，并且不同位置的粗糙度也不同，此時(shí)需要操作工對(duì)零件表面進(jìn)行拋光，才能使零件表面粗糙度達(dá)到要求。

潤(rùn)滑抗磨性是核心，優(yōu)質(zhì)切削液能在刀具與工件表面形成致密穩(wěn)定的潤(rùn)滑膜，可通過(guò)抗磨測(cè)試判定，指標(biāo)達(dá)標(biāo)者能有效減少刀具磨損、避免粘刀崩刀，保障工件表面精度；潤(rùn)滑性不佳的切削液會(huì)導(dǎo)致加工表面出現(xiàn)毛刺、劃痕，大幅縮短刀具壽命。冷卻性能要求切削液具備良好的熱傳導(dǎo)性，能快速帶走加工產(chǎn)生的熱量，防止工件與刀具過(guò)熱變形，尤其適配高速、重負(fù)荷切削工況。

金屬加工時(shí)，刀具與工件、切屑之間會(huì)產(chǎn)生劇烈的摩擦和擠壓，易出現(xiàn)粘刀、崩刀、工件表面產(chǎn)生毛刺等問(wèn)題。切削液能在刀具與工件的接觸表面形成一層均勻、致密的潤(rùn)滑膜，有效降低接觸部位的摩擦系數(shù)，減少金屬之間的直接接觸，緩解切削過(guò)程中的摩擦阻力，讓切削、磨削動(dòng)作更順暢，同時(shí)能減少刀具的磨損，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，也能提升工件表面的光潔度，保障加工精度。 冷卻作用是切削液的重要功能，用于解決加工中的高溫問(wèn)題。

潤(rùn)滑減磨是切削液提升加工效率的重要體現(xiàn)。未使用切削液時(shí)，刀具與工件、切屑之間的干摩擦?xí)a(chǎn)生巨大阻力，不僅增加設(shè)備動(dòng)力消耗，還會(huì)加劇刀具磨損，出現(xiàn)粘刀、積屑瘤等問(wèn)題，導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)劃痕、毛刺，降低表面光潔度。

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. 容易粘刀 無(wú)論是奧氏體不銹鋼還是馬氏體不銹鋼均存在加工時(shí)切屑強(qiáng)韌、切削溫度很高的特點(diǎn)。當(dāng)強(qiáng)韌的切屑流經(jīng)前刀面時(shí)，將產(chǎn)生粘結(jié)、熔焊等粘刀現(xiàn)象，影響加工零件表面粗糙度。 4.

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. 容易粘刀無(wú)論是奧氏體不銹鋼還是馬氏體不銹鋼均存在加工時(shí)切屑強(qiáng)韌、切削溫度很高的特點(diǎn)。當(dāng)強(qiáng)韌的切屑流經(jīng)前刀面時(shí)，將產(chǎn)生粘結(jié)、熔焊等粘刀現(xiàn)象，影響加工零件表面粗糙度。4.

切削油更適合加工硬度高、韌性強(qiáng)的金屬材料，如高強(qiáng)度合金鋼、不銹鋼的低速精車、拉削等工藝，能最大程度保護(hù)刀具、提升加工表面光潔度。而切削液應(yīng)用范圍更廣，尤其適配高速、精密加工場(chǎng)景，如 CNC 加工中心、車床加工、光學(xué)玻璃研磨等。杉山切削液已成功應(yīng)用于大疆、三一重工等知名企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在高溫、高負(fù)荷工況下仍能保持穩(wěn)定性能，有效解決夏天切削液發(fā)臭、變黃等行業(yè)難題。