基于ABAQUS軟件的鈦合金切削仿真技術(shù)

陳學(xué)勝+王騰飛

摘 要：本文運(yùn)用ABAQUS軟件仿真了TI-6AL-4V切削，主要介紹了切削仿真及應(yīng)用，提出了有限元在切削仿真方向的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：ABAQUS軟件；鈦合金切削仿真技術(shù)；切削仿真方向

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.148

0 引言

鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于航天領(lǐng)域。鈦合金具有良好的物理和機(jī)械性能，對(duì)于有較高要求的機(jī)械結(jié)構(gòu)件具有重要的意義。但其可切削性差，加工困難，加工費(fèi)用高，加工實(shí)驗(yàn)會(huì)耗費(fèi)大量的生產(chǎn)時(shí)間和成本。ABAQUS/Explicit求解器采用顯示動(dòng)力有限元方法，適用于像沖擊和爆炸等短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件，對(duì)加工成形過程的這類高度非線性問題非常有效。本論文針對(duì)切削TI-6AL-4V為例進(jìn)行切削仿真研究。

1 切削材料的本構(gòu)模型

3.2 網(wǎng)格的劃分

在建立的有限元模型中，剪切區(qū)與刀-屑接觸區(qū)產(chǎn)生高溫高壓單元發(fā)生變形，一些單元可能由于變形過大而產(chǎn)生扭曲，可能使網(wǎng)格畸變或使計(jì)算不收斂，即使仿真順利也會(huì)影響仿真的精度。為了防止出現(xiàn)以上問題，而且保證一定的計(jì)算效率和精度，可以采取如下措施：（1）切削層網(wǎng)格密一些，因?yàn)榍邢鲗討?yīng)變較大。（2）采用由密到疏網(wǎng)格劃分，這樣既可保證直接切削部分網(wǎng)格密，也可使計(jì)算減少時(shí)間。

3.3 仿真結(jié)果

如圖1為切削仿真圖，從圖中可以看出切屑與實(shí)際相符，為鋸齒狀，根據(jù)不同的需求可以輸出不同的要求，根據(jù)模型和輸出變量的設(shè)置可以輸出切削力曲線圖、切削熱分布圖、切削應(yīng)力場云圖、切削應(yīng)變場云圖等。

4 切削仿真的意義

切削仿真的結(jié)果與選擇的材料模型及參數(shù)、網(wǎng)格的劃分、接觸的設(shè)置等密切相關(guān)，仿真忽略切削振動(dòng)等一些因素，使得切削的仿真輸出結(jié)果與實(shí)際有一定的差異，但隨著發(fā)展，如今的切削仿真有了一定的精度。在實(shí)際設(shè)計(jì)或生產(chǎn)中使用有限元方法能夠減小計(jì)算分析時(shí)間，減小實(shí)驗(yàn)次數(shù)，從而到達(dá)節(jié)約生產(chǎn)成本和時(shí)間的目的。對(duì)于切削的一些改進(jìn)，比如刀具角度的優(yōu)化、刀具的設(shè)計(jì)及選材等方面具有很好的實(shí)踐意義。

5 結(jié)論與展望

本文通過建立材料的Johnson-Cook本構(gòu)模型、Johnson-Cook損傷模型等得出切削仿真過程，說明了切削仿真網(wǎng)格劃分的應(yīng)用方法，仿真切屑形態(tài)與實(shí)際加工切屑形態(tài)基本一致。隨著科技的發(fā)展，有限元切削仿真正在不斷地完善，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際加工分析當(dāng)中，今后有限元切削仿真一定會(huì)不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能夠代替理論計(jì)算、代替實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

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