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1、高速硬切削參數(shù)對(duì)切削力影響的數(shù)值模擬董丙闖，劉泓濱，王瑞杰，倪斌，唐重霖(昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南昆明650093)NumericalSimulationofParametersonCuttingForceinHigh—SpeedHardCuttingDONGBing—chuang，LIUHong—bin，WANGRui—jie，NIBin，TANGZhong—li“(FacultyofMechanicalandElectricalEngineering，KutitningUniversitYofScienceandTechnology，Kunming650093，China)摘
2、要：建立了淬硬鋼高速切削的有限元模型，通1高速硬切削有限元仿真建模過(guò)Johnson—Cook(JC)工件材料模型及J(：失效準(zhǔn)則來(lái)模擬切屑的形成過(guò)程；并研究了背吃刀量、刀具1．1材料本構(gòu)模型前角和刀尖圓弧半徑等參數(shù)對(duì)切削力的影響規(guī)律。高速硬切削過(guò)程是涉及高溫、高應(yīng)變和高應(yīng)變關(guān)鍵詞：淬硬鋼；高速切削；JohnsonCook；切率的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，而Johnson—Cook工件材料本削力構(gòu)模型適合用于高應(yīng)變率變化的場(chǎng)合。兇此選擇該中圖分類(lèi)號(hào)：TG506材料本構(gòu)模型。設(shè)為等效應(yīng)力；e為等效塑性應(yīng)文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A變；為塑性應(yīng)變率；。為參考應(yīng)變率，取1／s；t，文章編號(hào)：】O01—2257(2011
3、)¨～0033—03為熔點(diǎn)溫度，取1520Ct為參考溫度(室溫)，取Abstract：Inthispaper，afiniteelementinodel20℃；A為初始屈服應(yīng)力；B為硬化模量；(、為依賴ofhigh——speedcuttingforhardenedsteeliscrea—于應(yīng)變率的系數(shù)；為熱軟化系數(shù)；為加上硬化系ted．ByJohnson—Cook(JC)materialsmodeland數(shù)，其值分別取為792MPa，510MPa，0．014，1．03，J(fracturecriterion，thechipformationissimula—0．26lJ。其等效流動(dòng)應(yīng)力模
4、型為】：ted．Alsotheinfluenceofparameterssuchasthecuttingdepth，thetoolrakeangle，thefilletradiusA+B(E](＼nEi))，[I一(＼’‘．．)，]Iofthetooloncuttingforceisinvestigated．(1)Keywords：hardenedsteel；high—speedcut—1．2材料失效破裂模型ting；Johnson—Cook；cuttingforce在高速硬切削中，塑性應(yīng)變對(duì)材料失效繼而破裂起著重要的影響。而ABAQUS／Explicit中的Johnson—Cook動(dòng)
5、態(tài)失效模型是一種適合用于高應(yīng)0引言變、高應(yīng)變率的金屬變形場(chǎng)合的模型。設(shè)為壓應(yīng)高速硬切削是指對(duì)高硬度材料進(jìn)行的高速切削力；№為Mises應(yīng)力；d．～d為在轉(zhuǎn)變溫度或是加工?。在高速切削高硬材料時(shí)，很容易產(chǎn)生鋸齒低于轉(zhuǎn)變溫度的條件下，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的材料失效參狀切屑和不連續(xù)狀切屑，而不是傳統(tǒng)切削加工中產(chǎn)數(shù)，其值分別取0．05，3．44，一2．12，0．002，0．61l3]。生的連續(xù)狀切屑。這種切屑會(huì)導(dǎo)致切削力高頻率周其等效失效斷裂應(yīng)變?yōu)椋浩谛宰兓▌?dòng)。而切削力作為高速切削過(guò)程中的一個(gè)重要物理量，其影響著切削熱的產(chǎn)生、刀具磨損與[exp(。)]×破損、使用壽命和已加工表面質(zhì)量。并且，在生產(chǎn)中[
6、1+d()][()]又是計(jì)算切削功率、設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、刀具、夾具的在有限元模擬中，Johnson—Cook動(dòng)態(tài)失效模必要數(shù)據(jù)。因此研究切屑的形成機(jī)理以及各參數(shù)型是基于單元積分點(diǎn)處等效塑性應(yīng)變值，與等效失與切削力的關(guān)系就顯得至關(guān)重要。效斷裂應(yīng)變的比較。仿真過(guò)程中，ABAQUS會(huì)自收稿日期：2011—06—11基金項(xiàng)目：云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究麗I項(xiàng)目(2008ZC023M)動(dòng)根據(jù)需要不停計(jì)算出材料發(fā)生失效的等效應(yīng)變《機(jī)械與電．子》2O11(11)·33‘硬切削參數(shù)塒切削力影響的數(shù)值模擬e，然后把數(shù)值計(jì)算的等效應(yīng)變值與劃分的每個(gè)單元積分點(diǎn)真實(shí)等效應(yīng)變值e進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)e≥e；條件滿足時(shí)[一-】，單
7、元失效，這時(shí)材料就會(huì)破裂。1．3正交切削有限元模型的建立通過(guò)有限元軟件ABAQUS[6建立的有限元模型如圖1所示。、為切削速度，即刀具和工件的相對(duì)滑移速度，設(shè)為1200m／rain。工件與刀具初始網(wǎng)格劃分采用考慮熱效應(yīng)耦合的實(shí)體平面應(yīng)變縮減(a)前刀面處工件材料網(wǎng)格初始破裂(b)工件材料自由表面處網(wǎng)格破裂積分單元CPE4RT，并對(duì)切削區(qū)進(jìn)行局部網(wǎng)格細(xì)化。選用的工件材料為AISI4340淬硬鋼，刀具材料為聚晶立方氮化硼(PCBN)。仿真時(shí)，工件底
