教你如何用Abaqus模拟金属切削

切削过程是一个很复杂的工艺过程，它不但涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学，还有热力学、摩擦学等。同时切削质量受到刀具形状、切屑流动、温度分布、热流和刀具磨损等影响，切削表面的残余应力和残余应变严重影响了工件的精度和疲劳寿命。利用传统的解析方法，很难对切削机理进行定量的分析和研究。ABAQUS在处理这种高度非线性问题上体现了它独到的优势，因此，下面通过实例介绍ABAQUS模拟金属切削的方法。1. 问题描述(1)模型介绍该模型中工件为0.00083m×0.00033m的矩形平面，如图1;刀具为解析刚体，形状尺寸如图2，刀具切削速度为0.05m/s，切削厚度为0.00005m

图1 工件模型

图2 刀具模型(2)材料属性在模拟切削过程中，除了要设置材料的密度和弹性参数以外，还要给出材料的塑性条件;此外，如果需要考虑热应力和温度场，就要定义热膨胀系数、热导率和比热容等参数。由于该分析是通过定义自适应网格的方法模拟切削过程，因此不需要定义破坏准则，具体材料参数如下:密度:4430Kg/m3

图3 弹性参数 图4 塑性参数图5 热传导率 图6 比热容

图7 非弹性热系数分析步选择显式动力学(Dynamic，Explicit)，求解时间为1E-5s，并对工件模型定义自适应网格，如图8所示。(3)分析步设置

图8 定义自适应网格(4)边界条件对工件的左侧和下侧定义固定约束;此外，由于刀具为解析刚体，对与其相关联的参考点的定义沿切削方向的速度0.05m/s，并将其余方向速度设为0。将工件的上侧和右侧与刀具之间定义接触，根据实际工况设置摩擦系数，这里设为0.4。2. 结果分析求解完成后，可以通过后处理模块查看各时刻工件的应力分布及其他所需的输出结果。

图9 工件Mises应力云图3. 小结利用Abaqus软件优秀的自适应网格功能模拟金属切削过程，既避免了拉格朗日算法在遇到大变形时容易产生畸变的问题，也避免了欧拉算法边界条件难以确定的问题，能够方便的解决切削模拟。此外，在模型建立过程中尤其需要注意以下两个方面:材料参数一定要完整准确;工件网格应选用热力耦合单元;切削区域的网格一定要由足够的密度。