高速硬切削参数对切削力影响的数值模拟.pdf

《高速硬切削参数对切削力影响的数值模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高速硬切削参数对切削力影响的数值模拟董丙闯，刘泓滨，王瑞杰，倪斌，唐重霖(昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093)NumericalSimulationofParametersonCuttingForceinHigh—SpeedHardCuttingDONGBing—chuang，LIUHong—bin，WANGRui—jie，NIBin，TANGZhong—li“(FacultyofMechanicalandElectricalEngineering，KutitningUniversitYofScienceandTechnology，Kunming650093，China)摘

2、要：建立了淬硬钢高速切削的有限元模型，通1高速硬切削有限元仿真建模过Johnson—Cook(JC)工件材料模型及J(：失效准则来模拟切屑的形成过程；并研究了背吃刀量、刀具1．1材料本构模型前角和刀尖圆弧半径等参数对切削力的影响规律。高速硬切削过程是涉及高温、高应变和高应变关键词：淬硬钢；高速切削；JohnsonCook；切率的动态变化过程，而Johnson—Cook工件材料本削力构模型适合用于高应变率变化的场合。凶此选择该中图分类号：TG506材料本构模型。设为等效应力；e为等效塑性应文献标识码：A变；为塑性应变率；。为参考应变率，取1／s；t，文章编号：】O01—2257(2011

3、)¨～0033—03为熔点温度，取1520Ct为参考温度(室温)，取Abstract：Inthispaper，afiniteelementinodel20℃；A为初始屈服应力；B为硬化模量；(、为依赖ofhigh——speedcuttingforhardenedsteeliscrea—于应变率的系数；为热软化系数；为加上硬化系ted．ByJohnson—Cook(JC)materialsmodeland数，其值分别取为792MPa，510MPa，0．014，1．03，J(fracturecriterion，thechipformationissimula—0．26lJ。其等效流动应力模

4、型为】：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，塑性应变对材料失效继而破裂起着重要的影响。而ABAQUS／Explicit中的Johnson—Cook动

5、态失效模型是一种适合用于高应0引言变、高应变率的金属变形场合的模型。设为压应高速硬切削是指对高硬度材料进行的高速切削力；№为Mises应力；d．～d为在转变温度或是加工⋯。在高速切削高硬材料时，很容易产生锯齿低于转变温度的条件下，由实验测得的材料失效参状切屑和不连续状切屑，而不是传统切削加工中产数，其值分别取0．05，3．44，一2．12，0．002，0．61l3]。生的连续状切屑。这种切屑会导致切削力高频率周其等效失效断裂应变为：期性变化波动。而切削力作为高速切削过程中的一个重要物理量，其影响着切削热的产生、刀具磨损与[exp(。)]×破损、使用寿命和已加工表面质量。并且，在生产中[

6、1+d()][()]又是计算切削功率、设计和使用机床、刀具、夹具的在有限元模拟中，Johnson—Cook动态失效模必要数据。因此研究切屑的形成机理以及各参数型是基于单元积分点处等效塑性应变值，与等效失与切削力的关系就显得至关重要。效断裂应变的比较。仿真过程中，ABAQUS会自收稿日期：2011—06—11基金项目：云南省应用基础研究丽I项目(2008ZC023M)动根据需要不停计算出材料发生失效的等效应变《机械与电．子》2O11(11)·33‘硬切削参数埘切削力影响的数值模拟e，然后把数值计算的等效应变值与划分的每个单元积分点真实等效应变值e进行对比，当e≥e；条件满足时[一-】，单

7、元失效，这时材料就会破裂。1．3正交切削有限元模型的建立通过有限元软件ABAQUS[6建立的有限元模型如图1所示。、为切削速度，即刀具和工件的相对滑移速度，设为1200m／rain。工件与刀具初始网格划分采用考虑热效应耦合的实体平面应变缩减(a)前刀面处工件材料网格初始破裂(b)工件材料自由表面处网格破裂积分单元CPE4RT，并对切削区进行局部网格细化。选用的工件材料为AISI4340淬硬钢，刀具材料为聚晶立方氮化硼(PCBN)。仿真时，工件底