背吃刀量对铣削力影响的有限元仿真

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1、万方数据2010年第44卷No_429高速铣削中铣削速度及背吃刀量对铣削力影响的有限元仿真郭淼，刘泓滨，王瑞杰，蒋志涛，冯志喜昆明理工大学摘要：基于有限元软件ABAQUS平台，使用数值仿真技术，建立了高速铣削环境下45钢的二维等效简化有限元模型，重点研究了铣削过程中铣削速度和背吃刀量的变化对铣削力的影响，并通过实验验证了有限元模型仿真结果的合理性；用计算机辅助工程的方法解决了高速铣削过程中切削力难以确定的问题。关键词：高速铣削；铣削速度；背吃刀量；有限元；铣削力中图分类号：TGS01文献标志码：AnIliteElementAnalysisofInfluenceofCh

2、angeofMillingSpeedandBackEngagementonMillingForceinHigh-speedMillingProcessGuoMiao，LiuHongbin，WangRuijie，JiangZhitao，FengZhixiAbstract：BasedonthegeneralfiniteelementsoftwareABAQUS，usedthenumericalsimulationtechnique，atwo—dimen—sionalequivalentsimplifiedfiniteelementmodelinhigh—speedmill

3、ingof45steeliscreated，theeffectofthechangeofmillingspeedandbackengagementonthemillingforceisfocusedstudied，andthesimulationresultsofthefiniteelementmodelisprovedbymillingexperiments．Theproblemthatthecuttingforceishardtodetermineinhigh—speedmillingprocessissolvedbyusingthecomputer-aidede

4、ngineering．Keywords：high—speedmilling；millingspeed；backengagement；finiteelement；millingforce1引言铣削力是高速铣削过程中的重要物理参数，它的大小直接影响着切削热的产生、刀具的磨损和耐用度等。影响铣削力的因素很多，包括工件材料、刀具材料、冷却类型、切削参数(如铣削速度、背吃刀量等)。本文从铣削速度和背吃刀量的角度，建立了45钢高速铣削加工有限元模型，并通过高速铣削试验验证了不同铣削速度和背吃刀量对铣削力的影响。245钢高速铣削加工有限元仿真模型的建立2．1有限元仿真模型的简化无论

5、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，而具有刀刃与切削方向成直角、沿刀刃方向切削厚度相等特点的切削方式被称为直角切削，也叫做正交切削。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，使切削加工状态得到了简化，因此在理论研究和实验工作中得到了广泛的应用。本文也根据正交切削理论来简化模型。2．2材料本构关系模型的选择基金项目：云南省应用基础研究面上项目(2008ZC023M)收稿日期：2009年7月Johnson-Cook模型特别适合用来定义高应变率下的高速切削工件材料。本文采用ABAQUS／explicit有限元仿真的方法进行高

6、速铣削模拟，并用Johnson—Cook(J—C)强度模型来描述工件材料。2．3网格的划分模型在工件的切削层采用均匀细化的四边形网格，被切削件底部采用自由网格划分，以降低计算成本。刀体简化成刚体，可不划分网格(如图1所示)。仿真中使用ABAQUS软件具备的自适应划分网格(AEL)功能，可以自动重划分网格，并且能调节网格大小和位置以适应不同几何物理特性，从而保证运算的正常运行。图1二维正交模型3有限元模型的实现3．1切屑的分离如何实现切屑与被加工件问的分离是切削仿真中一个很关键的问题，它直接影响着仿真结果。本研究中使用剪切失效准则(shearfailure)和单元删除万

7、方数据30(elementdeletion)共同实现切屑与被加工件的分离。3．2在不同铣削速度和背吃刀量下切屑的mises应力图图2、图3示出了分别采用铣削速度200m／min、背吃刀量0．2ram和铣削速度600rn／min、背吃刀量0．5ram时切屑的mises应力图，前者产生的是带状切屑，后者产生的是锯齿化节状切屑。图2铣削速度200m／min、背吃刀量012mm条件下的带状切屑ini鸵s应力图图3铣削速度600m／min、背吃刀量0．5mm条件。F锯齿化节状切屑ini鸵s应力图3．3仿真中铣削力由于在有限元模型中刀体被简化成刚体，故可以通过在