仿真软件Abaqus在金属切削工艺的应用

切削工艺是常见的金属加工工艺，金属的切削加工是复杂的非线性弹塑性变形过程，利用传统的数值分析方法无法求解其繁琐的变量，而有限元仿真技术的成熟为工艺优化提供了新路径。作为行业领先的仿真平台，Abaqus凭借其强大的非线性求解能力和多物理场耦合分析功能，成为金属切削过程高精度模拟的关键工具。

本文将深入探讨Abaqus在切削仿真中的技术实现与应用价值。

操作方法

1、创建部件

创建工件和刀具：

2、定义属性

工件材质铝合金，单位采用mm制，密度2.7e-9,弹性模量70000、泊松比0.3，损伤演化采用破坏位移0.25，塑性采用Johnson-Cook，属性如下：

定义和分配截面属性

分别定义工件和刀具截面，采用默认设置，对三维模型进行赋值。

3、定义装配

4、定义分析步

创建动力学显示分析步，时间为0.06s,质量缩放为100；

定义场输出，勾选ststus,另外创建历史输出变量，选择定义好的刀具参考点输出RF即刀具的支反力，为切削力；

5、网格划分

显示分析设计大量计算，对单元的数量有较高的限制，单元需要做合理的过渡，用以切削的核心区域划分较小的网格以满足切削要求，非核心区域网格相对较大，以减少网格质量；

6、定义相互作用

定义刀具为刚体，不参与应力与应变的计算；

定义接触属性，切向摩擦系数0.1，法向硬接触；

定义工件与刀具之间的接触

主面为刀具，从面为部件上的所有结点；

7、定义边界条件

定义工件约束，约束工件底部全约束；

定义刀具载荷，刀具运行速度为2m/s,时间为0.06s,方向为x轴负方向，为了更容易收敛，采用位移加载方式施加刀具载荷；

8、计算分析和结果

工件切削过程中的应力云图如下：

刀具切削力：

总结

对于切屑工艺来说，abaqus可以帮助企业从传统的“设计-试制-测试-报废”物理循环，前置为“虚拟设计-仿真优化-精准试制”的数字循环，从根本上提升研发效率与质量，其中包括降低实验依赖，减少物理试错：在计算机中模拟切削过程，极大减少昂贵的刀具试样、工件材料浪费和机床占用时间，预测并控制加工缺陷：提前预测并优化 加工变形、残余应力、表面烧伤、毛刺生成、裂纹 等问题，从源头提升零件疲劳寿命和使用性能。总之数字化分析技术是现代化制造企业保持竞争优势的关键技术之一。