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第1章 金属切削过程基本规律及研究方法1

1.1切削运动和切削用量1

1.2切削变形区2

1.3切屑的形成3

1.3.1切屑的形成过程3

1.3.2切屑的类型4

1.3.3研究切屑的方法5

1.4切削力6

1.4.1切削力的来源7

1.4.2影响切削力大小的主要因素7

1.4.3切削力的研究方法8

1.5切削热和切削温度9

1.5.1切削热的产生和传出10

1.5.2影响切削温度的主要因素10

1.5.3切削热和切削温度的研究方法11

1.6已加工表面质量12

1.6.1已加工表面粗糙度13

1.6.2表层材质变化14

1.6.3已加工表面质量的研究方法15

1.7本章小结16

参考文献16

第2章 金属切削过程有限元仿真技术18

2.1有限元法的基本思想18

2.2有限元法的一般分析流程18

2.3有限元分析的基本步骤23

2.4有限元分析的基本假设23

2.5有限元分析计算成本估计和结果评价25

2.6有限元技术在金属切削研究中的应用26

2.6.1金属切削研究中常用的有限元分析软件26

2.6.2有限元仿真技术在金属切削过程中的应用28

2.7本章小结30

参考文献30

第3章 基于Abaqus的金属切削过程有限元仿真32

3.1前处理32

3.1.1部件模块34

3.1.2属性模块37

3.1.3装配模块40

3.1.4分析步模块41

3.1.5相互作用模块42

3.1.6载荷模块43

3.1.7网格模块44

3.2模型的提交与运算和后处理46

3.2.1模型的提交与运算46

3.2.2后处理48

3.3基于Abaqus的金属切削过程仿真应用实例49

3.3.1Module：Part（部件）50

3.3.2Module：Proper（创建材料属性）52

3.3.3Module：Assembly（装配）58

3.3.4Module：Step（分析步）59

3.3.5Module：Mesh（网格）61

3.3.6Module：Interaction（接触）64

3.3.7Module：Load（载荷）68

3.3.8Module：Job（作业）69

3.3.9Module：Visualization（后处理）70

3.4本章小结74

参考文献75

第4章 金属切削加工仿真常用的本构模型76

4.1切削过程金属变形分析76

4.1.1切削金属材料变形的物理性质76

4.1.2切削过程中材料的塑性变形78

4.2弹塑性材料本构模型79

4.2.1幂函数形式的本构方程79

4.2.2Johnson-Cook本构方程80

4.2.3Zerilli-Armstrong本构方程80

4.2.4Bodner-Parton本构方程81

4.2.5常用本构模型的应用和对比81

4.3Johnson-Cook本构方程参数及其求解过程81

4.4淬硬钢准静态压缩试验86

4.4.1Cr12MoV模具钢的材料属性86

4.4.2试验设备选择和试验试样的制备87

4.4.3准静态压缩试验结果分析88

4.5Cr12MoV模具钢的动态力学性能试验88

4.5.1霍普金森压杆试验原理89

4.5.2霍普金森压杆试验89

4.5.3霍普金森压杆试验结果91

4.6Johnson-Cook本构模型系数敏感性仿真分析93

4.7材料本构参数对锯齿形切屑形成影响的仿真分析96

4.7.1锯齿形切屑的表征96

4.7.2材料本构参数的仿真分析99

4.8本章小结101

参考文献101

第5章 Abaqus网格及接触摩擦处理技术103

5.1网格划分技术103

5.1.1网格种子103

5.1.2网格单元105

5.1.3网格划分技术分类及举例112

5.1.4网格划分问题处理114

5.2接触属性设置技术116

5.2.1定义接触面116

5.2.2设置接触对118

5.3接触属性120

5.3.1切向接触121

5.3.2法向接触122

5.3.3热传递122

5.3.4热生成122

5.4刚体约束123

5.5本章小结124

参考文献124

第6章 基于Abaqus的稳态切削过程仿真125

6.1二维稳态切削过程仿真125

6.1.1仿真模型的转化125

6.1.2有限元仿真模型的建立125

6.1.3切屑的形成过程127

6.1.4应力场分析128

6.1.5切削温度分析128

6.1.6不同刀具参数对切削力的影响分析129

6.1.7仿真结果验证131

6.2三维稳态切削过程仿真132

6.2.1有限元仿真模型的建立133

6.2.2切屑的形成过程133

6.2.3切削力分析134

6.2.4切削温度分析134

6.2.5仿真结果验证135

6.3本章小结136

参考文献136

第7章 基于Abaq us的非稳态切削过程仿真138

7.1非稳态切削仿真实现手段138

7.1.1Abaqus/Explicit显式算法138

7.1.2动态分析程序设置138

7.1.3稳定性限制139

7.1.4Abaqus/Explicit中的单元失效模拟139

7.1.5有限元模型的质量放大140

7.1.6准静态分析过程中的质量放大141

7.2二维非稳态切削过程仿真143

7.2.1有限元仿真模型的建立143

7.2.2切屑的形成过程144

7.2.3不同刃口对切削力的影响分析144

7.2.4不同刃口对切削温度的影响分析145

7.2.5不同刃口对已加工表面残余应力影响分析146

7.2.6仿真结果验证147

7.3非稳态切削过程三维有限元仿真147

7.3.1有限元仿真模型的建立148

7.3.2切屑的形成过程148

7.3.3锯齿形切屑形成过程的温度场分析149

7.3.4切削力的历程输出149

7.4本章小结150

参考文献150

第8章 基于Abaqus的三维铣削过程仿真151

8.1建立成形铣刀几何模型151

8.2建立有限元仿真模型151

8.2.1材料及刀具特性151

8.2.2有限元仿真模型建立的过程152

8.3切屑的形成过程162

8.4铣刀结构对铣削力的影响163

8.4.1铣刀齿数对铣削力的影响163

8.4.2铣刀螺旋线旋向对铣削力的影响165

8.4.3铣刀等齿距与不等齿距对铣削力的影响166

8.5铣削试验与结果分析167

8.5.1试验条件167

8.5.2单因素试验设计168

8.5.3铣刀齿数对铣削力及振动的影响169

8.5.4铣刀螺旋线旋向对铣削力及振动的影响170

8.5.5铣刀等齿距与不等齿距对铣削力及振动的影响171

8.6有限元仿真结果精度的验证173

8.7本章小结174

参考文献174

第9章 切削过程刀具磨损的有限元仿真176

9.1刀具磨损形式176

9.1.1正常磨损176

9.1.2非正常磨损177

9.2刀具磨损过程177

9.2.1初期磨损178

9.2.2正常磨损178

9.2.3剧烈磨损178

9.3刀具磨损研究179

9.3.1PCBN刀具磨损机理研究179

9.3.2切削条件对刀具磨损影响的研究182

9.3.3刀具磨损对切削过程影响的研究184

9.4刀具磨损的预测189

9.4.1刀具磨损率模型的选择190

9.4.2基于有限元法刀具磨损计算程序设计191

9.4.3计算前、后刀面节点位移197

9.4.4更新刀具几何形状199

9.5本章小结199

参考文献200

第10章 基于Abaq us的参数化建模及切削工艺优化201

10.1Abaqus的二次开发简介201

10.1.1Abaqus二次开发语言及途径203

10.1.2Python语言在Abaqus中的应用203

10.2切削过程有限元参数化建模206

10.2.1参数化技术概述206

10.2.2自定制切削参数化界面的实现206

10.2.3Abaqus中切削模型参数化的实现步骤207

10.3基于有限元仿真的切削工艺优化控制研究212

10.3.1优化算法介绍212

10.3.2切削仿真优化设计的数学模型216

10.3.3Abaqus与iSIGHT联合仿真技术218

10.3.4切削工艺优化及试验验证221

10.4本章小结224

参考文献224

第11章 有限元软件仿真结果对比226

11.1Deform介绍226

11.1.1Deform主要功能介绍226

11.1.2Deform-2D、Deform-3D介绍227

11.1.3Deform主窗口介绍228

11.1.4Deform的特性分析236

11.2Third Wave AdvantEdge介绍236

11.2.1Third Wave AdvantEdge主要功能介绍237

11.2.2Third Wave AdvantEdge主要窗口介绍238

11.2.3Third Wave AdvantEdge主要模块240

11.2.4Third Wave AdvantEdge的特性分析251

11.3二维切削过程仿真模型的建立251

11.3.1二维切削过程仿真251

11.3.2二维切削过程仿真结果的比较252

11.4三维切削过程仿真模型的建立254

11.4.1三维切削过程仿真254

11.4.2三维切削过程仿真结果的比较255

11.5本章小结257

参考文献257