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科技资讯2019NO.23

SCIENCETECHNOLOGYINFORMATION工业技术

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2019.23.056

基于有限元法的刀具切削过程的应力应变分析①

王娟娟续富琴

(吕梁学院山西吕梁033300)

摘要：刀具切削金属是机械加工中不可或缺的一种加工方式。该技术是每个国家机械加工实力的重要标志，是加工制

造业的关键步骤，并且对制造业发展有着至关重要的作用。该文在有限元仿真软件ANSYS的帮助下，建立一套以YT类硬

质合金钢切削铝合金的工件为基础的二维直角切削模型，进行数值模拟分析，获得了工件在不同分析步时间长度的应力

应变的分布，揭示了整个加工过程中工件应力场、应变等变化规律。

关键词：切削加工计算机仿真有限元应力应变

中图分类号：TG506.5文献标识码：A文章编号：1672-3791(2019)08(b)-0056-02

刀具切削金属是机械加工中不可或缺的一种加工方式。铝合金，从长为4cm，宽为1cm的工件上切削厚度为2mm的

该技术是每个国家机械加工实力的重要标志，是加工制造切屑为基础，来建立二维正交切削模型。工件采用塑性应

[1]

业的关键步骤，并且对制造业发展有着至关重要的作用。变大的VISCO106单元类型模拟铝合金材料，设置弹性模

该课题基于刀具切削机理，利用有限元分析软件Eµ

量=72GPa、泊松比=0.32；刀具选用PLANE182单元类

ANSYS，对金属切削过程中不同分析步时间阶段中工件和E

型模拟YT类硬质合金，设置弹性模量=600GPa、泊松比

刀具的应力应变变化进行分析。通过确定材料性能参数，µ[2]

=0.3。

建立工件和刀具的二维直角金属切削材料模型，进而对材1.2网格划分

料模型施加约束、载荷，通过ANSYS软件进行计算求解，如图1所示的是通过网格划分后的模型，将模型中的工

之后选择应力应变云图，通过分析云图得出刀具切削过程件沿着切削线分成上下两部分，上部划分成100个单元，下

中的工件的应力应变变化情况。该方法不仅所需的成本[3]

部划分成500个单元网格，将刀具分成50个单元。

低、效率高，而且可以得到由实验测不出的一些数据结果，1.3定义接触对

比如工件的应力、应变场在每个时间段的变化。定义合理的接触类型、参数是有限元计算准确性的主

1建立有限元模型要因素之一，该课题对通过单面接触的方式对接触条件定

1.1建立材料模型义，一般设置两对接触：（1）刀具的前刀面与切屑的底层；

以前角25°、后角8°的位置放YT类硬质合金刀具切削[4]

（2）工件的已加工表面和刀具的后刀面之间。但工件在