LS-DYNA的奥氏体不锈钢切削模拟.pdf

2010年11月
机床与液压
第38卷第21期
MACHINE TOOL& HYDRAULICS
Vol. 38 No. 21
D0I:10.3969/j.isn.100]-3881.2010.21.035
基于 ANSYS/LS-DYNA的奥氏体不锈钢切削模拟
马建斌,李淑娟
(太原科技大学机械电子工程学院,山西太原030024)
摘要:运用通用有限元软件 ANSYS/LS-DYNA对奥氏体不锈钢切削加工过程进行模拟,结果表明:切屑的分离机理是
工件上靠近刀尖两侧剪应力较大,但方向相反;切削过程中最大等效应力带要扩展到切削表面以下,这是造成已加工表面
加工硬化的原因之一;剪切面上的温度几乎相等,垂直剪切面方向的温度梯度很大,切屑底层的温度分布比较均匀。
关键词:奥氏体不锈钢;有限元法;应力场;温度场
中图分类号:TGS01文献标识码;A文章编号:1001-3881(2010)21-120-4
The Cutting Simulation of Austenitic Stainless Steel Based on
ANSYS/LS-DYNA
MA Jianbin, LI Shujuan
( Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan Shanxi 030024, China)
Abstract The austenitic stainess steel cutting process was stimulated by general-purpose finite element software ANSYS/LS
DYNA. The results are as follows: The mechanism of chip separation is that the workpiece shear stresses on both sides of the tool tip
re relatively large, but in the opposite direction; the largest equivalent stress is extended to the below of the machined surface durin
the cutting process, which is one of the reasons of work hardening; the shear plane temperature is almost equal; in the vertical to the
shear plane direction, the temperature gradient is large, temperature distribution al the bottom of chip is uniform
Keywords: Austenitic stainless steel; Finite element method; Stress field; Temperature field
金属切削过程是一个工件和刀具相互作用的复
切削特点及加工工艺
杂过程,涉及弹塑性力学、摩擦学、热力学、金属
1Crl8Ni9属于常用的奥氏体不锈钢,具有优良
物理等诸多学科。由于金属切削加工过程的复杂的力学性能,在大气或腐蚀性介质中具有良好的耐蚀
性,使得金属切削加工的研究长期以来主要依靠大能力,较突出的冷变形能力,无磁性等特性,被广泛
量实验数据得出切削的规律,研究工作周期长,重用于焊芯、抗磁仪表、医疗器械、化工生产中的耐酸
复工作量大,对实验设备的要求较高。近百余年设备及输送管道等。1Cnl8Ni9的相对切削加工性仅
来,国内外学者在简化和假设的基础建立了不少切为45钢的40%。它的难加工性主要表现在加工过程
削模型,部分理论公式还不能与实验结果完全吻中塑性变形大,直接导致切削力大,切削温度比较
合,有的使用起来也比较繁琐。20世纪70年代由高,刀具易磨损,断屑困难,同时工件加工硬化严
于计算机和数值计算技术的发展,一些学者将其引重;此外线膨胀系数约为45钢的1.5倍,导热系数
人到切削加工领域,形成了切削加工仿真技术。以约为45钢的30%,在切削温度的作用下容易产生热
计算机为工具,采用商业有限元软件来模拟切削过变形,加工精度难以控制
程,已成为金属切削研究领域的热门方向。有限元
采用固溶处理后再进行稳定化处理可获得单项奥
模拟不但能节省大量的人力和物力,还可以得出许氏体组织,同时消除工件残余应力,提高1Cr18Ni9T
多从实验中难以测量的重要数据,仿真结果形象、的力学性能,改善其切削加工性。根据不锈钢的切削
直观,对实践有着很高的指导价值。
特点,要求刀具材料应具有好的耐热性、高的耐磨
金属切削过程模拟是一个复杂的非线性求解过性、与不锈钢的亲和作用小等特点。YG类硬质合金
程,作者采用美国ISTC公司开发的非线性动力分析韧性较好,导热性好,可采用较大的前角,使切削轻
软件IS-DYNA程序进行奥氏体不锈钢1Crl8Ni9T热快,且切屑与刀具不易产生粘结。综合以上因素,作
力耦合切削模拟。
者采用YG8硬质合金刀具进行切削仿真,刀具前角
收稿日期:2009-10-14
作者简介:马建斌,男,在读硕士研究生,研究方向为现代制造技术。电话:13834138256,E-mail: jianbin49@ya
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