基于有限元软件的刀具切削仿真应用

当前，我国正处于由制造业大国向制造业强国转变的关键时期，装备制造业是实现产业结构调整的基础，切削刀具则是装备制造业的重要配套。一直以来，传统刀具切削研究以机床试验为主要方式，然而，机床试验设备成本高、耗时长，在一定程度上限制了切削刀具的发展。伴随着信息时代的到来，计算机科学和有限元仿真软件迅速发展，基于有限元软件的刀具切削仿真应用日益普及，为刀具切削研究提供了全新的思路。[1]

本文主要介绍了基于有限元软件的刀具切削仿真应用，通过使用神工坊高性能仿真平台进行全过程仿真，能够在一定程度上提高效率、节约成本，同时为实际加工制造提供参考数据，发挥重要的支持作用。

01 案例介绍

本案例使用Abaqus 6.14。

Abaqus的优势在于强大的非线性处理能力，通过热力耦合分析步直接对切削过程进行准确的仿真分析。

在Abaqus的Explicit模块下，有两种金属切削仿真的方法，一种是用温度-变形耦合算法，另一种是任意拉格朗日-欧拉算法，本文使用前者。

Johnson-Cook 本构模型

Johnson-Cook 本构模型和断裂准则诞生于上世纪八十年代，由Johnson和Cook提出，现被广泛应用于冲击领域。Johnson、Cook 等学者对OFHC铜、Armco铁、4340钢等材料进行了不同应变率和温度下的霍普金森拉杆、扭转试验，通过数值模拟与试验结果对比，标定了12种材料的Johnson-Cook本构模型的参数；提出了考虑大应变、高温以及高应力影响的断裂准则，并通过 Taylor 撞击试验与数值模拟的对比进行验证。[2]

02 全过程仿真流程<