寫在前面

本來,上知乎是來漲姿勢,結果逛著逛著發現知乎變成了逼乎,而自己也沾染了這種不好的風氣,開始裝逼,這很不好,違背了長者悶聲發大財的教誨,非常不應該。最近發生的一件事給我敲響了警鐘。我決定還是低調做人,高調做事。打算寫一些文章,作為自己的工作總結和成長記錄。

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引言

高速切削(High Speed Machining)作為一種先進的加工方式,越來越受到人們的重視。但是,在高速切削過程中,尤其是針對鈦合金,高溫合金,淬硬鋼等難加工金屬,容易出現鋸齒狀切屑,這是一種非常複雜的非線性轉變,諸多文獻中均有報道

切削鈦合金Ti6Al4V出現的鋸齒狀切屑,其中白色條紋狀結構為絕熱剪切帶。Hou, Zhen Bing. Komanduri, Ranga. Modeling of thermomechanical shear instability in machining. International Journal of Mechanical Sciences,1997,(39),11

由於切削過程極為複雜,理論分析極為困難,因此,採用模擬軟體進行模擬成為了分析這一問題的有力工具。下面,我將一步步的教你如何進行金屬切削模擬分析。

前處理

1 建模

首先打開ABAQUS界面,選擇Part,點擊Create,在打開的Create Part對話框中,將部件命名為Tool,在建模空間選擇2D Planar, 類型選擇Deformable, 基本特徵選擇Shell,近似尺寸選擇0.001。Continue進入繪製草圖步驟。

重複上述步驟,建立Chip,Separation Line和Workpiece的模型

建立有限元模型

切屑模型
刀具模型
分離線

2 本構設置

本文採用描述動態材料行為的Johnson-Cook本構,本文模擬的切削材料為TC4鈦合金。

JC本構表達式
TC4參數,參考文獻:Lee and Lin,High-temperature deformation behaviour of Ti6Al4V alloy evaluated by high strain-rate compression tests,Journal of Materials Processing Technology,1998(75)

在模塊下拉列表裡選擇Property,選擇主菜單中的Material>Create,

在Mechanical>Plasticity>Plastic選項中,在Hardening下拉列表中選擇Johnson-Cook, A為792MPa,B為510MPa,n為0.26,m為1.03,熔點為1520攝氏度,室溫20攝氏度(圖16)。點擊右側的Suboptions>Rate Dependent, Hardening下拉列表中選擇Johnson-Cook, C為0.014,參考應變率為1。

本構設置

由於我們 採用分離線切削模擬技術。因此,在分離線處除了有TC4材料的常規性質外,還要定義分離線的失效準則,即Shear Damege——Damege Evolution。

分離線斷裂準則

在這裡我們定義分離線的斷裂應變為2。

3 創建分析步

由於切削過程是一個複雜的熱力耦合過程,因此我們採用Temp-disp溫度-位移耦合分析,由於是非線性動態過程,因此採用Explicit顯示分析演算法

輸出數據的選擇,ABAQUS的中階和高階學習者可以忽略

(未完待續)


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