PCBN刀具硬态干式切削AISI4340钢的有限元仿真.pdf

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1、第230O1卷3年第8月4期特种结构V01．3ONo．4Aug．2013PCBN刀具硬态干式切削AISI4340钢的有限元仿真王瑞哲张万鹏(1．兰州理工大学机电工程学院730050；2．沈阳机床股份有限公司110042)(1．SchoolofElectricalandMechanicalEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，730050；2．ShenyangMachineToolCo．，Ltd．，110042)[摘要】PCBN刀具硬态干式切削是一种新的切削加工技术，应用广泛。本文在二维切削简化模

2、型的基础上，研究了有限元仿真关键技术，并结合ABAQUS通用有限元程序的特点和实际切削工况，对AISI4340钢硬态切削过程进行仿真。在一定的切削用量下，模拟获取并分析了等效应力、等效塑性应变云图、切削力变化曲线以及切屑的温度场分布。该方法很好地弥补了传统试验方案的缺陷，成为研究硬态干式切削机理的有效方法。【关键词】硬态干式切削等效应力等效塑性应变切削力温度场ABSTRACT：PCBNcuttingtoolsharddrycuttingisanewkindofmachiningprocessandiswidelyused．Inthisthe

3、sis,onthebasisofthesimplifed2Dmodelthekeytechnologyofthesimulationwasstudiedprofoundly．AndcombinedwiththecharacterofABAQUS,theactualmachiningconditionandthesimulationofhard-drycuttinginsteelAISI4340wereachievedinABAQUS．Cuttingstress,cuttingstrain，thedistributionofcuttingfo

4、rceandtemperaturefieldwereobtainedunderthecertainnumberofcuttingparameter．Thismethodwouldbecomeaneffectivewaytostudymechanismofhard-drycutting．KEYWORDS：Hard-drycuttingEquivalentstressEquivalentplasticstrainCuttingforceTemperaturefield引言1硬态干式切削模型的建立硬态干式切削是指不采用切削液把硬度大于1．1几何模

5、型简化50HRC的淬硬钢零件的切削作为最终精加工的实际硬态切削加工模型的几何形状的复杂工艺方法。PCBN刀具具有较高的硬度和耐磨性，性影响在软件中的建模，因此在模拟中假设切削在高温下具有不与铁族金属起反应的化学惰性，厚度远远小于切削宽度，并且在切削深度方向因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削上，切屑在切削刃上各点的应变状态、流经方向加工。随着市场竞争加剧，需要不断提高产品质大致相同。基于以上假设，将实体模型进行合理量和缩短交付周期，客观上促进硬态干式切削技的简化和假设。将硬态干式切削加工模型简化成术的发展应用。硬加工和干切削在特种材料加

6、工为更简单的平面正交切削模型，简化后的模拟精以及特种结构零件加工应用上都要求快速发展。度影响不是很大[4】。简化后的模型如图1所示。近几年计算机技术快速发展，在切削加工中运用有限元技术，模拟仿真出的结果比较直观，在实具践中有较高的利用价值，不仅可以了解与切削加。工质量相关的各种因素之间的关系，而且可以进]件一步理解金属切削机理[1-310本文研究借助大型通用有限元软件ABAQUS图1工件模型优越的非线性分析技术，对硬态干式切削进行动rig．1Workpiec~model态仿真。在简化的二维几何模型基础上，重点对1．2材料模型建立应力场、应变

7、场、温度场以及切削力进行了分析。材料模型通常表示为应力、应变以及相应的所得结果对实际加工过程具有一定的参考价值。应变率、温度以及工件硬化作用函数。本文研究一111—2013年第4期中工件模型采用Johnson—Cook模型，其本构方的影响。所以想要得到更为准确的仿真结果，需程表达式如式(1)所示。要掌握符合实际的接触摩擦类型。表3切削仿真过程中的相关参数Tab．3Relatedparametersinthe(丁=[A+B()]∽，㈣processofcattingsimulationE0未变形切屑厚度(mm)切削速度(m／s)刀具前角0．5

8、407。式中：为等效塑性应力；占为等效塑性应变；刀具后角钝圆半径(mm)摩擦系数为塑性应变率；为初始塑性应变率；T为5。O．020．5材料熔点；T为室温；A为初始屈服应力；B为硬