ABAQUS技术报告.doc

铝合金7050-T7451切削加工有限元模拟 0 引言 金属切削加工有限元模拟，是一个非常复杂的过程。这是因为实际生产中，影响加工精度、表面质量的因素很多，诸如:刀具的儿何参数、装夹条件、切削参数、切削路径等。这些因素使模拟过程中相关技术的处理具有较高的难度。本文建立的金属正交切削加工热力耦合有限元模型是基于以下的假设条件： （1）刀具是刚体且锋利，只考虑刀具的温度传导; （2）忽略加工过程中，由于温度变化引起的金相组织及其它的化学变化; （3）被加工对象的材料是各向同性的； （4）不考虑刀具、工件的振动； 切削过程涉及到弹性力学，塑性力学以及损伤力学等相关学科领域，初学者在使用ABAQUS做切削分析时，很难对材料属性（material property）的施加。即使是方法正确、操作正确，也得不到比较满意的结果。材料参数的选择，好的失效准则的使用，都可能使结果发生很大的偏差。 建立部件 （本文采用的统一单位：N, MPa, mm, s, oC, J 软件版本：6.10-1） 注意单位问题，ABAQUS中保证单位链封闭就行。 启动ABAQUS，选择环境栏Module中的Part选项，单击工具区的Creat Prat选项 创建工件3D模型 在弹出的对话画框中，Name栏输入workpiece，Approximate size栏输入50，其余默认，单击Continue，弹出创建部件对话框。 在随后出现的草图中，绘制一个长4mm，宽2mm的矩形。单击鼠标中键，弹出Edit Base Extrusion对话框，在Depth栏中填入2，单击OK，工件模型建立完成，如图1、2。 图 1工件草图 图 2工件成型图 创建刀具3D模型 单击工具区Creat Prat选项，在弹出的对话画框中，Name栏输入tool，Approximate size栏输入50，其余默认，单击Continue，弹出创建部件对话框 在随后出现的草图中，绘制如图所示刀具草图，刀具前角为10°，后角为6。单击鼠标中键，弹出Edit Base Extrusion对话框，在Depth栏中填入3，单击OK，刀具模型便建立完成。如图3、4 图 3 刀具草图 图 4刀具成型图 赋予工件刀具材料属性 定义各零部件的材料参数 选择环境栏Module中的Property选项，单击工具区的Creat Material选项创建新材料。新材料取名为workpiece_m，在General→Density选项中，输入Mass Density（密度）2.83e-09，如图5所示。选择Mechanical→Elasticity→Elastic，在Data选项卡中，分别设置Young s Mod（杨氏模量）和Poissons Ratio（泊松比）的值为71700和 0.3，如图6、7所示。 图5 设置材料密度 图6 设置材料弹性模量 图7 填写材料弹性模量 材料的本构关系 材料本构模型用来描述材料的力学性质，表征材料变形过程中的动态响应。在切削过程中，工件在高温、大应变下发生弹塑性变形，被切削材料在刀具的作用下变成切屑时的时间很短，而且被切削层中各处的应变、应变速率和温度并不均匀分布且梯度变化很大。因此能反映出应变、应变速率、温度对材料的流动应力影响的本构方程，在切削仿真中极其关键。 Johnson-Cook模型用来模拟在冲击载荷作用下的变形，Johnson-Cook强化模型(JC)表示为三项的乘积，分别反映了应变硬化，应变率硬化和温度软化。这里使用JC模型的修正形式： 　　(1-1) 式中：为累积塑性应变，为累积塑性应变率，为基准塑性应变率， 为温度，为室温,为材料的熔点,、、、和为材料属性。 选择Mechanical→Plastic，在Hardening选项中选择Johnson Cook，本选项选择了代表金属材料塑性行为的本构方程，对于仿真结果的准确性有根本的影响，因此应根据实际情况合理选择本构形式。按照图5所示的数据行输入各项参数。 图8 Johnson-Cook模型参数 点击图8中的Sub options按钮，如图9所示，在弹出的下拉菜单中选择Rate Dependent，同样在Hardening选项中选择Johnson-Cook,输入C的值0.019 , Epsilon dot zero的值1，如图10所示，这些参数设定了应变率对材料性能的影响。 图9 Rate Dependent的选择 图10 参数的设置 再选择Mechanical→ Expansion(线