基于Deform 3D的鎳基合金材料切削力仿真

周曉暉　李曉臣　周利平

摘 要：Deform是一款基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元分析軟件，主要用于金屬成型過程中的材料塑性變形、刀具磨損、應力應變、切削力、切削溫度變化等過程的數(shù)值模擬，為成型加工和機械加工提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)，為優(yōu)化工藝參數(shù)的選擇提供參考。通過運用Deform 3D有限元仿真軟件對鎳基合金Inconel718進行切削仿真，研究了切削時切削速度對切削力的影響，對實際生產(chǎn)有很大的指導意義。

關鍵詞：Deform 3D；鎳基合金；Inconel718；切削力

中圖分類號：TG51；TG132.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.090

Inconel718合金是含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鉻鐵合金，在650 ℃的溫度下具有較高的強度、良好的韌性，以及在高低溫環(huán)境下均具有較好的耐腐蝕性，被廣泛應用于各種高要求的場合，比如汽輪機液體燃料火箭、低溫工程、酸性環(huán)境、核工程等。Inconel718合金在機械加工領域?qū)儆陔y加工材料。對其進行單因素仿真試驗，主要目的在于分析切削時切削速度對切削力的影響，從而得到比較合理的切削參數(shù)，為實際加工提供指導，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量。

1 Inconel718合金切削仿真試驗設計

1.1 試驗材料

仿真試驗材料為鎳基合金Inconel718，其物理特性如表1所示。

1.2 試驗方案

試驗設計要達到通過仿真軟件的仿真，分析切削加工時切削速度對切削力的影響，從而通過仿真分析得到科學的切削參數(shù)。因此，試驗采用單因素試驗方法，分析不同的切削速度對切削力的影響。

具體數(shù)據(jù)為：切削的進給量f=0.15 mm/rev，背吃刀量a=2mm，切削速度v為100～400 m/min，詳見表2.

2 仿真模型的建立

在Deform數(shù)據(jù)庫中導入刀具模型和材料模型，如圖1所示。在網(wǎng)格劃分時，刀具劃分25 000個網(wǎng)格。網(wǎng)格數(shù)目會影響計算結(jié)果的精度和計算的規(guī)模。一般來講，網(wǎng)格數(shù)目增加，計算精度會有所提升，但同時計算規(guī)模也會變大，因此要選擇適當?shù)木W(wǎng)格數(shù)目。另外，刀具與工件間的剪切摩擦系數(shù)為0.6，其熱對流系數(shù)為45 N/（s·mm·℃），仿真步數(shù)為1 000.

3 仿真試驗結(jié)果與分析

當切削速度很低時，切削力隨著切削速度增加而增大。當切削速度再增加時，切削力逐漸減小。從切削力的具體值可以看出變化幅度不大。但是在實際加工中，在低速或高速切削狀態(tài)下會有積削瘤產(chǎn)生。積削瘤的生長、消失的過程會對切削力產(chǎn)生一定的影響。圖2和圖3分別為切削速度為100 m/min和200 m/min時的主切削力。

4 結(jié)束語

通過Deform 3D對鎳基合金進行切削速度單一變量仿真可以得出以下結(jié)論：切削速度的增加對切削力的影響不大。因此，在實際生產(chǎn)中，可以采用高速切削方式。這樣，既可以提高生產(chǎn)效率，又可以在一定程度上減小切削力。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕