ABAQUS金属稳态切削过程数值模拟
ABAQUS金属稳态切削过程数值模拟
ABAQUS金属稳态切削过程数值模拟首先，建立几何模型。
切削过程可以简化为材料在切削刃的接触下发生形变和剪切的过程。
可以通过CAD软件建立用于数值模拟的三维几何模型。
模型中需要包含工件、刀具和夹持装置等部分，并确保几何模型的尺寸和形状与实际几何相符。
接下来，定义材料属性。
材料的机械行为是进行金属切削过程的关键。
ABAQUS提供了多种材料模型，可以根据实际情况选择适合的材料模型。
例如，可以选择弹塑性模型进行金属材料的描述。
此外，还需要定义材料的杨氏模量、屈服强度、切削模量等性能参数。
然后，设定切削工况。
在金属切削过程中，工件和刀具之间的接触行为和刀具在工件上施加的切削力是需要考虑的重要因素。
可以通过定义初始形状和速度来模拟切削过程中的刀具进给和回程过程。
还可以通过设定边界条件，例如夹紧和限制条件，对切削过程进行实际模拟。
接着，求解数值模型。
利用ABAQUS提供的有限元求解器，可以对切削过程的模型进行数值计算。
求解的过程中会考虑材料的弹性、屈服、塑性流动等行为，并基于这些行为对模型进行迭代计算。
最后，进行结果分析。
根据模拟求解的结果，可以获得切削过程中的应力、变形、热量分布等信息。
这些信息可以用来评估工件材料的破坏风险、确定切削参数的合理性以及优化刀具设计。
总之，利用ABAQUS进行金属稳态切削过程的数值模拟涉及到几何建模、材料定义、工况设定、数值求解和结果分析等步骤。
通过模拟可以获得材料在切削过程中的力学和热学行为，为实际切削操作提供可靠的参考。
(完整word版)ABAQUS金属切削实例步骤
背景介绍：切削过程是一个很复杂的工艺过程，它不但涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学，还有热力学、摩擦学等。
同时切削质量受到刀具形状、切屑流动、温度分布、热流和刀具磨损等影响，切削表面的残余应力和残余应变严重影响了工件的精度和疲劳寿命。
利用传统的解析方法，很难对切削机理进行定量的分析和研究。
计算机技术的飞速发展使得利用有限元仿真方法来研究切削加工过程以及各种参数之间的关系成为可能。
近年来，有限元方法在切削工艺中的应用表明，切削工艺和切屑形成的有限元模拟对了解切削机理，提高切削质量是很有帮助的。
这种有限元仿真方法适合于分析弹塑性大变形问题，包括分析与温度相关的材料性能参数和很大的应变速率问题。
ABAQUS作为有限元的通用软件，在处理这种高度非线性问题上体现了它独到的优势，目前国际上对切削问题的研究大都采用此软件，因此，下面针对ABAQUS的切削做一个入门的例子，希望初学者能够尽快入门，当然要把切削做好，不单单是一个例子能够解决问题的，随着深入的研究，你会发现有很多因素影响切削的仿真的顺利进行，这个需要自己去不断探索，在此本人权当抛砖引玉，希望各位切削的大神们能够积极探讨起来，让我们在切削仿真的探索上更加精确，更加完善。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~切削参数：切削速度300m/min，切削厚度0.1mm，切削宽度1mm尺寸参数：本例作为入门例子，为了简化问题，假定刀具为解析刚体，因为在切削过程中，一般我们更注重工件最终的切削质量，如应力场，温度场等，尤其是残余应力场，而如果是要进行刀具磨损或者涂层刀具失效的分析的话，那就要考虑建立刀具为变形体来进行分析了。
工件就假定为一个长方形，刀具设置前角10°，后角6°，具体尺寸见INP文件。
abaqus切削模拟教程.ppt
Abaqus定义边界条件和载荷
定义元素集合：定义约束点和初始温度点的集合
.菜单工具中创造如下‘集’
3.ALL_2：定义刀具的初始温度
1.ENCASTRE（点）：用于限制工件自由度
2.ALL1（点）：用于定义工件初始温度
定义载荷幅度曲线： 工具‘幅值’，幅值 曲线如下
Abaqus定义边界条件和载荷
2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比
GH4169为合金钢，将会 赋予给未撕裂的切屑和工件
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
3.点‘力学’、‘塑性’，选择‘与 温度有关的数据’，赋予数据
4.设置线膨胀系数，，点‘力学’‘膨胀’
5.设置热传导率，点‘热学’‘传导率’， 输入数据
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
5.点‘热学’‘非弹性热份额’
6.点‘热学’‘比热’，输入参数
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169_FAIL的参数：
1.点 ，选GH4169，‘复制’， 命名‘GH4169_FAIL’
2.选‘GH4169_FAIL’，点‘编辑’‘力学’ ‘延性金属损伤’‘剪切损伤’，破坏机
3.同理，将刀具顶点移到（2E-5，5E-6）
Abaqus定义分析步与输出
常用操作：
创建分析步 创建场输出
创建历程输出 对左边对应项进行管理
Abaqus定义分析步与输出
定义分析步：
1.点 ，建分析步‘Unsteady cutting’ 插在初始步后，参数设置如下
2.时间长度设为2E-5，几何非线性 设为‘开’
武汉理工大学
基于Abaqus的刀具切削仿真
Abaqus的功能介绍
基于Abaqus的钛合金切削仿真
二
Abaqus软件介绍
1978年，法国SIMULIA公司推出一款功能强大的有限元分析软件——Abaqus，它可以 完成简单的有限元分析和模拟非常庞大复杂的模型，尤其是解决工程中大型模型的高度非 线性问题[4]：
ABAQUS 主要分析模块
ABAQUS/CAE
ABAQUS/Standard ABAQUS/Explicit ABAQUS/CFD ABAQUS/View ABAQUS/Design ABAQUS/Aqua
三 基于abaqus的钛合金切削案例
3.2.2 模型计算及后处理
图3-11 切削中，不同刀具前角γa和进给速度下的切屑的温度分布（V=120m/min、摩擦系数ua=0.7。 （a）γa=15 ° 、f=0.06mm/rev （b） γa= — 6 ° 、f=0.06mm/rev （c）γa=15 ° 、f=0.1mm/rev （d） γa= — 4 ° 、f=0.1mm/rev
结论：刀具前角越大，进给速度越小，越不容易断屑，从而形成带状切屑，此时 切屑过程平稳，切削力波动小，已加工表面的表面粗糙度值较小。
三 基于abaqus的钛合金切削案例
3.2.2 模型计算及后处理
四
总结
1、钛合金在切削过程中，切削速度越小，进给量越小，刀具前角越大，越 不容易断屑，从而形成带状切屑，此时切屑过程平稳，切削力波动小，已加工 表面的表面粗糙度值较小。 2、用ABAQUS软件可以很好地模拟钛合金的切削过程，我们可以通过多次改 变某一参数，分析该参数对切削过程的影响，从而优化钛合金的切削过程。
3.2.2 模型计算及后处理
图3-7 scalar stiffness degradatio基于abaqus的钛合金切削案例
基于ABAQUS的金属切削过程中刀具温度场模拟研究(45steel)
1 金属切削温度场理论
在金属切削过程中 ,热量的产生是由于加工过 程中工件塑性变形 、刀具的前刀面与切屑以及后刀 面与工件已加工表面之间的摩擦耗散能量造成的 。 局部能量耗散产生的热量因切削速度较高而没有足 够的时间扩散出去 。因此 ,从传热学的角度 ,该过程
的数学描述. 工具技术 ,1998 ,32 (8) :9～13 5 Chyan H C , Ehmann K F. Curved helical drill2points for micro2
hole drilling. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part B :Journal of Engi2 neering Manufacture ,2002 , (216) :61～75 6 茆诗松 ,王玲玲. 可靠性统计. 上海 : 华东师范大学出版 社 ,1984 7 叶慈南 ,曹伟丽. 应用数理统计. 北京 :机械工业出版社 , 2004
根据机械工业出版社的要求 ,作者在“QPQ 盐浴复合处理技术”一书的基础上做了大规模的修改 ,补充了 作者近 10 多年来的大量科研成果和试验数据 。同时也纳入了国外的最新研究成果 ,特别是理论研究方面新 的试验结果 。
新书叙述了 QPQ 技术的开发过程 、技术特点 、渗层基本原理 、渗层组织和性能 、生产操作 、实际应用和深 层 QPQ 技术等内容 。
收稿日期 :2008 年 5 月
可以被认为是绝热的 。金属切削加工所产生的热主 要集中在第 I 和第 II 变形区 ,如图 1 所示 。在第 I 变形区 ,工件以较高的应变率承受大的剪切变形 ,所 以该区域温度的升高主要是由塑性变形产生的 。在 第 II 变形区 ,温度的升高主要是由刀屑之间的摩擦 相互作用产生的 。
abaqus切削模拟教程[优质ppt]
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Abaqus定义边界条件和载荷
定义元素集合：定义约束点和初始温度点的集合
Abaqus定义表面与接触
切换到‘相互作用’
定义接触面：
1.通过菜单、视图，只显 示零件CHIP
2.菜单栏，‘工具’‘创建面’
Abaqus定义表面与接触
3.表面命名为‘CHIP_BOT’ 选择如下红色边确定
4.其他表面定义（红色线）如下
CHIP_ALL
JOINT_BOT JOINT_TOP
WORK_TOP
刀具TOOL网格划分：
1.点击边布种，如图，按住shif选择前刀面 与后刀面，使用密度偏离布种
2.控制网格形状，三角形，技术自由
3.网格类型与前面类似
Abaqus零件网格划分
生成网格零件：
1.点击菜单栏‘网格’，选择 ‘创建网格部件’
2.取名‘TOOL-MESH’
3.确定，生成绿色的 网格零件
4.在道具右上创建一个参考点， 5.其他零件生成网格零件
2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比
GH4169为合金钢，将会 赋予给未撕裂的切屑和工件
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
3.点‘力学’、‘塑性’，选择‘与 温度有关的数据’，赋予数据
4.设置线膨胀系数，，点‘力学’‘膨胀’
5.设置热传导率，点‘热学’‘传导率’， 输入数据
设置截面属性：
1.点 ，名称‘Section_CHIP&WORK’, 设置如下，继续，材料选择‘GH4169’
2.建‘Section_JOINT’,赋予 材料‘GH4169_FAIL’
3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_M’
Abaqus赋予材料属性
基于ABAQUS的金属切削过程模拟
基于ABAQUS的金属切削过程模拟
朱江新;夏天;范威
【期刊名称】《工具技术》
【年(卷),期】2011(45)5
【摘要】基于ABAQUS系统强大的大变形分析功能,对A6061铝合金材料的正交切削过程进行了有限元模拟分析。
讨论了切削过程中切削层内部应变场和工件中残余应力的分布,分析了不同参数对切削力、残余应力的影响。
模拟结果与切削试验数据相互吻合。
【总页数】3页(P50-52)
【关键词】数值模拟;金属切削;ABAQUS;自适应网格;分离准则
【作者】朱江新;夏天;范威
【作者单位】广西大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG506
【相关文献】
1.利用ABAQUS模拟不同模态下的金属切削过程 [J], 齐康;闫昊;陈祥瑶
2.基于ABAQUS的金属切削过程温度分析 [J], 陈燕青
3.基于ABAQUS的40CrNi4Mo1V稳态切削过程有限元模拟 [J], 李增勋;张贺清;王艳超;谭小舰;刘庆君;陈峰
4.基于ABAQUS的金属切削数值模拟分析 [J], 黄素霞;李河宗;崔坚;马希青
5.基于ABAQUS的金属切削过程中刀具温度场模拟研究 [J], 阳启华;杜茂华;蒋志涛
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基于ABAQUS的不锈钢材料切削过程的模拟与数值分析
1.通过研究 AISI-316L 材料 Johnson-cook 本构方程、刀-屑接触模型、切屑分 离模型、切屑损伤断裂等关键技术建立了正交切削有限元模型。其中切屑分离模型 是整个切削模拟过程中最重要部分，对切屑的形成机理也有重要作用，论文采用单 元累进损伤失效技术，将上述关键技术分别应用在切削过程的有限元仿真中。
2.加工硬化现象。由于 316L 不锈钢在加工过程中的网格畸变引起的加工硬化现 象，其表面硬化强度可到 1800Mpa，其硬化层厚度约占整个加工深度的 1/3 甚至更大， 表面强度也提高至接近原来的 2 倍左右。发生加工硬化更深层次的原因主要是，材 料内部晶格发生扭曲和滑移，在高温下部分奥氏体组织发生金相变化生成了更稳定 的马氏体结构，同时材料中所含的杂质也发生扩散，使材料的组成结构发生变化， 最后产生加工硬化层。虽然一定的硬化层会提高零件的机械性能，提高抗应力腐蚀 能力，但是会在加工过程中增加刀具与零件的摩擦，加速刀具的磨损现象，同时对 零件的表面粗糙度也是有一定影响的。
1.3 不锈钢的切削加工特点
以 AISI-316L 不锈钢(国内牌号 00Cr17Ni14Mo2)为例，其可加工厚度一般在 0.3mm-0.5mm 之间，是一种难切削材料。不锈钢材料切削加工的特点主要是以下几个 方面[5-14]:
1.切削力大。316 不锈钢的抗拉强度和硬度随温度变化幅度较小，普通材料在加 工过程中会随着加工温度的升高，强度发生下降，很容易发生切屑分离，完成切削 过程。316L 材料在常温下强度与硬度接近于中碳钢，但当在温度升至 700℃时仍不 能降低其机械性能(500℃时的σ b =500Mpa)，使工件很难发生切屑分离。从而引起加 工过程中的切削力过大，影响刀具寿命。同时由于其相对于普通钢材良好的延伸性， 加工时塑性应变偏大，导致材料内部晶格发生严重扭曲，同时连带产生加工硬化的 现象。而上述这些因素都会引起加工过程的切削力偏大。