基于Deform 3D的鎳基合金材料切削力仿真

周曉暉　李曉臣　周利平

摘 要：Deform是一款基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元分析軟件，主要用于金屬成型過(guò)程中的材料塑性變形、刀具磨損、應(yīng)力應(yīng)變、切削力、切削溫度變化等過(guò)程的數(shù)值模擬，為成型加工和機(jī)械加工提供極有價(jià)值的工藝分析數(shù)據(jù)，為優(yōu)化工藝參數(shù)的選擇提供參考。通過(guò)運(yùn)用Deform 3D有限元仿真軟件對(duì)鎳基合金Inconel718進(jìn)行切削仿真，研究了切削時(shí)切削速度對(duì)切削力的影響，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有很大的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：Deform 3D；鎳基合金；Inconel718；切削力

中圖分類(lèi)號(hào)：TG51；TG132.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.090

Inconel718合金是含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鉻鐵合金，在650 ℃的溫度下具有較高的強(qiáng)度、良好的韌性，以及在高低溫環(huán)境下均具有較好的耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于各種高要求的場(chǎng)合，比如汽輪機(jī)液體燃料火箭、低溫工程、酸性環(huán)境、核工程等。Inconel718合金在機(jī)械加工領(lǐng)域?qū)儆陔y加工材料。對(duì)其進(jìn)行單因素仿真試驗(yàn)，主要目的在于分析切削時(shí)切削速度對(duì)切削力的影響，從而得到比較合理的切削參數(shù)，為實(shí)際加工提供指導(dǎo)，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量。

1 Inconel718合金切削仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

仿真試驗(yàn)材料為鎳基合金Inconel718，其物理特性如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)設(shè)計(jì)要達(dá)到通過(guò)仿真軟件的仿真，分析切削加工時(shí)切削速度對(duì)切削力的影響，從而通過(guò)仿真分析得到科學(xué)的切削參數(shù)。因此，試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)方法，分析不同的切削速度對(duì)切削力的影響。

具體數(shù)據(jù)為：切削的進(jìn)給量f=0.15 mm/rev，背吃刀量a=2mm，切削速度v為100～400 m/min，詳見(jiàn)表2.

2 仿真模型的建立

在Deform數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入刀具模型和材料模型，如圖1所示。在網(wǎng)格劃分時(shí)，刀具劃分25 000個(gè)網(wǎng)格。網(wǎng)格數(shù)目會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算的規(guī)模。一般來(lái)講，網(wǎng)格數(shù)目增加，計(jì)算精度會(huì)有所提升，但同時(shí)計(jì)算規(guī)模也會(huì)變大，因此要選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格數(shù)目。另外，刀具與工件間的剪切摩擦系數(shù)為0.6，其熱對(duì)流系數(shù)為45 N/（s·mm·℃），仿真步數(shù)為1 000.

3 仿真試驗(yàn)結(jié)果與分析

當(dāng)切削速度很低時(shí)，切削力隨著切削速度增加而增大。當(dāng)切削速度再增加時(shí)，切削力逐漸減小。從切削力的具體值可以看出變化幅度不大。但是在實(shí)際加工中，在低速或高速切削狀態(tài)下會(huì)有積削瘤產(chǎn)生。積削瘤的生長(zhǎng)、消失的過(guò)程會(huì)對(duì)切削力產(chǎn)生一定的影響。圖2和圖3分別為切削速度為100 m/min和200 m/min時(shí)的主切削力。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)Deform 3D對(duì)鎳基合金進(jìn)行切削速度單一變量仿真可以得出以下結(jié)論：切削速度的增加對(duì)切削力的影響不大。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，可以采用高速切削方式。這樣，既可以提高生產(chǎn)效率，又可以在一定程度上減小切削力。

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〔編輯：劉曉芳〕