基于ABAQUS的二维直角切削加工有限元分析

基于ABAQUS的二维直角切削加工有限元分析

2008年第42卷№2

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基于ABAQUS的二维直角切削加工有限元分析

庞新福 杜茂华

昆明理工大学

摘 要:运用ABAQUS有限元分析软件对二维切削加工过程中非线性、弹塑性进行了有限元分析,结合

ABAQUS中材料失效准则、剪切失效、单元删除等实现了切削过程中切屑的分离,、应

变、切削力的变化趋势,符合一般切削理论。

关键词:有限元分析, 切削加工, 材料失效, 应力应变

FiniteElementAnalysis(oXinfu DuMaohua

Abstract:theformidablefunctionofFEAsoftwareABAQUS,thenonlinear,elasticandplasticFEAinthe

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two2dimensionalcuttingprocesshasbeen

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http://www.mianfeiwendang.combiningwiththematerialfailurerule,shearfailureandelementdeletioninABAQUS,thisstudyhasrealizedtheseparationofthechipincuttingprocessfromthework2pieceandobtainedcorrelatedchangetendencyofstress

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,strainandthecuttingforceinthecuttingprocess,whichisconformedtothecuttingtheory.

Keywords:FEA, cuttingprocess, materialfailure, stressandstrain

  1 引言

自上世纪90年代以来,国外数控切削加工呈现出高速、高精、高效、优化等特点。为了获得合理优化的数控切削加工参数,基于切削加工过程的模拟仿真与优化技术,已逐步取代了以切削试验和经验值为主的传统切削加工参数获取方法。

随着计算机图形技术、仿真技术的不断提高,越来越多的有限元分析软件应运而生,大型通用有限元软件ABAQUS就是利用剪切失效(shearfailure)和单元删除(elementdeletion)方法作为切屑分离准则,对切削过程进行数值仿真。文章对切削过程中的切削力、应力、应变等进行了分析,所得到的结果对实际加工过程具有一定的参考价值。  2 二维直角切削基础

不论刀具的构造如何复杂,就切削部分而言,都可以近似地看成是外圆车刀部分的演变,其切削加工过程都与图1所示相似。它描述了切削的一般形态,表明了三维切削的特点:其切削刃与切削方向不成直角、副刀刃和主刀刃同时参与切削、刀刃不是直线等。这些对于被称之为具有刀具前角、后角的楔子的压入作用的切削本质来说是个障碍。图2描述了切削加工中的特殊情况,即刀刃与切削方向成直角,沿刀刃方向其切削厚度具有相等的特点,通常被

收稿日期:2007年7月

称之为直角切削[4],又称正交切削。

图1 斜角切削加工示意图

图2 直角切削加工示意

在直角切削情况下,假设切削宽度比切削厚度

大很多倍,且切屑的生成是连续的,则在垂直于刀刃各截面内的变形状态沿刀刃方向大致是相同的,称这种状态为平面应变状态或平面塑性流动状态。因此,可以将切削加工转化为二维状态下的平面应变问题进行求解。由于平面正交切削模型减少了刃倾角、切削宽度等独立变量,简化了切削加工状态,因此在理论研究和实验工作中得到了广泛的应用。

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