[发明专利]一种基于切削过程仿真的薄壁微铣削力预测方法

摘要

本发明属于有限元仿真切削领域，涉及一种基于切削过程仿真的薄壁微铣削力预测方法。本发明运用有限元仿真方法，通过对工件和刀具进行几何建模，利用基于J‑C断裂方程切屑分离准则模拟切屑分离，实现了镍基高温合金薄壁微铣削过程三维仿真，并对微铣削过程中铣削力进行了预测。本发明建立了考虑薄壁变形的微铣削力预测模型，解决了未考虑去除材料对微铣削过程的影响而导致仿真结果误差大的问题，提高了加工效率，降低了研究成本。本发明可以实现变参数仿真输出，有效实现对于难加工材料薄壁微铣削力的预测。

主权项

1.一种基于切削过程仿真的薄壁微铣削力预测方法，其特征在于，具体步骤如下：/n步骤1：建立微铣刀模型，采用扫描电镜，获得微铣刀的端面和侧面的图片，通过画图软件获得刀具端面轮廓，将其导入Pro/E软件中，建立微铣刀的三维几何模型；利用ABAQUS软件建立被加工工件模型；/n步骤2：将微铣刀的三维几何模型导入ABAQUS软件中与工件模型进行装配，调整微铣刀与工件的相对位置，确定轴向切深和径向切深；/n步骤3：对模型网格划分，微铣刀模型的网格类型采用C3D4型网格，在微铣刀的切削刃部分网格加密；工件模型的网格类型采用C3D8R型网格，考虑到微铣削加工的尺度效应和计算效率，将工件模型上切削层区域网格加密，远离切削层区域网格变疏；/n步骤4：工件的材料塑性行为采用Johnson-Cook本构模型模拟，切屑形成过程采用Johnson-Cook断裂失效模型模拟，以应变临界值作为最终失效判据，即网格单元达到设定的应力临界值时，该网格单元完全破坏，丧失承载能力，删除该网格单元；/n其中，所述的材料本构模型为：/n /n式中，σ为Von-Mises的流动应力，A为参考温度和参考应变速率下的屈服强度，B为应变强化系数，为等效塑性应变，n为应变硬化指数，C为应变速率硬化系数，为等效塑性应变率，为参考应变率，m为加热软化指数，T为工件温度，T_melt为材料熔化温度，T_room为室温；/n断裂失效模型是基于网格单元积分点上的等效塑性应变，失效参数ω定义如下：/n /n式中，为等效塑性应变增量，为发生断裂时的有效应变值，/n /n式中，d₁～d₅为在低于参考温度下测得的失效常数，为压偏应力比，p为压应力，q为Von-Mises应力；当失效参数ω大于1时，网格单元积分点达到失效标准，网格单元所有应力均被设置为0，网格单元从网格中删除，即工件材料发生断裂，开始形成切屑；/n步骤5：在软件中，将刀具设置为刚体，并定义刀具集合和参考点集合；/n步骤6：定义分析步和输出：使用ABAQUS/Explicit进行显式动态分析，设置微铣削加工分析步，场输出选择作用力与反作用力、应力、应变和STATUS，历程输出铣削力；/n步骤7：定义表面和接触性质：对工件切削面和刀具表面定义，设置接触属性中的摩擦系数；/n步骤8：定义边界条件：首先定义刀具速度变化幅值曲线，然后设置刀具进给速度和主轴转速，定义工件底面结点集合，以完全约束工件底面自由度，满足工件的自由变形；/n步骤9：创建任务并递交运算：在ABAQUS软件中创建并提交仿真任务，输出微铣削镍基高温合金薄壁的仿真结果，从而完成微铣削镍基高温合金薄壁过程的三维仿真，对微铣削过程中铣削力进行预测。/n