基于ABAQUS軟件的鈦合金切削仿真技術

陳學勝+王騰飛

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

關鍵詞：ABAQUS軟件；鈦合金切削仿真技術；切削仿真方向

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

0 引言

鈦合金因具有強度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于航天領域。鈦合金具有良好的物理和機械性能，對于有較高要求的機械結構件具有重要的意義。但其可切削性差，加工困難，加工費用高，加工實驗會耗費大量的生產時間和成本。ABAQUS/Explicit求解器采用顯示動力有限元方法，適用于像沖擊和爆炸等短暫、瞬時的動態(tài)事件，對加工成形過程的這類高度非線性問題非常有效。本論文針對切削TI-6AL-4V為例進行切削仿真研究。

1 切削材料的本構模型

3.2 網格的劃分

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生扭曲，可能使網格畸變或使計算不收斂，即使仿真順利也會影響仿真的精度。為了防止出現以上問題，而且保證一定的計算效率和精度，可以采取如下措施：（1）切削層網格密一些，因為切削層應變較大。（2）采用由密到疏網格劃分，這樣既可保證直接切削部分網格密，也可使計算減少時間。

3.3 仿真結果

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

4 切削仿真的意義

切削仿真的結果與選擇的材料模型及參數、網格的劃分、接觸的設置等密切相關，仿真忽略切削振動等一些因素，使得切削的仿真輸出結果與實際有一定的差異，但隨著發(fā)展，如今的切削仿真有了一定的精度。在實際設計或生產中使用有限元方法能夠減小計算分析時間，減小實驗次數，從而到達節(jié)約生產成本和時間的目的。對于切削的一些改進，比如刀具角度的優(yōu)化、刀具的設計及選材等方面具有很好的實踐意義。

5 結論與展望

本文通過建立材料的Johnson-Cook本構模型、Johnson-Cook損傷模型等得出切削仿真過程，說明了切削仿真網格劃分的應用方法，仿真切屑形態(tài)與實際加工切屑形態(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，現在已經應用于實際加工分析當中，今后有限元切削仿真一定會不斷發(fā)展，實現能夠代替理論計算、代替實驗目標。

參考文獻：

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