基于ABAQUS的空压机曲轴带状切屑有限元仿真分析

戴张祥 郑吉明 查长礼 江贵生

摘 要：利用ABAQUS有限元仿真软件对空压机曲轴带状切屑进行研究，并对多参数带状切屑数据进行处理和分析。结果表明：在进给量f和被吃刀量ap相同的情况下，随着切削速度的提高，带状切屑状态逐步提升，且存在极限值。

关键词：切削速度;带状切屑;有限元仿真

实现机械制造工艺的高效率、高精度、高品质加工，须以金属切削加工技术的一系列研究作支撑[1]。金属切削加工中的温度[2]、振动[3]及切削变量[4]等均对切屑的形成有着极大影响。

一、有限元仿真模型构建

采用Johnson-Cook本构模型，并通过ABAQUS软件建立有限元分析模型（如图1、2和3所示），相关参数如表1、2所示。切削过程中，转速n分别设定为360r/min、530r/min、750r/min、958r/min;切削速度v分别设定为0.38mm/s、0.55mm/s、0.76mm/s、1.0mm/s。

二、仿真结果分析

（一）切削过程中应力变化

由图4可知：切削初始应力逐渐增大，达到最大时又出现一定幅度的减小，之后保持不变，直至结束时快速减小。

（二）切削速度对于带状切屑形态的影响

由图5可知：随着切削速度的增加，切屑形态呈团状且趋于无序。

三、实验验证

实验采用X6012卧式铣床对工件進行切削。由图6可知：随着切削速度的增加，带状切屑宽度减小，表面质量上升。

四、仿真与实验结果对比分析

由表3可知：随着切削速度的增加，带状切屑状态由有序转至无序。

五、结论

工件受刀具挤压发生弹性形变后，应力逐渐增大并产生塑性变形滑移，金属层被挤裂形成切屑;随着切削速度的增加，带状切屑向节状切屑变化，切屑形态更易断裂，但表面质量明显变好。

参考文献：

[1]张娜.论述金属切削加工精度的工艺与方法研究[J].世界有色金属，2019（08）.

[2]徐念伟，付秀丽，郝宗成，席晓莹.金属切削加工瞬态温度测量研究综述[J].工具技术，2019，53（02）：3-7.

[3]杨新一，张文明，王勃，兰起洪，李奔.金属切削加工振动机理及工程消除方法[J].新技术新工艺，2018（05）：61-65.

[4]黎险峰，董海，张弘弢，宋庭科.高速切削淬硬模具钢切屑形成机理的试验研究[J].工具技术，2011，45（03）：28-31.

项目来源：安徽省高校自然科学重点研究项目“基于声波能场的金属微/介观尺度成形机理及智能预测模型研究”（KJ2019A0576），安徽省高校自然科学重点研究项目“活塞式空压机冷却系统仿真与优化设计”（KJ2018A0370）

作者简介：戴张祥（1998-），男，安徽淮南人，本科，研究方向：结构设计及有限元分析。

*通讯作者：查长礼。