基于Deform 3D的镍基合金材料切削力仿真

周晓晖　李晓臣　周利平

摘 要：Deform是一款基于工艺模拟系统的有限元分析软件，主要用于金属成型过程中的材料塑性变形、刀具磨损、应力应变、切削力、切削温度变化等过程的数值模拟，为成型加工和机械加工提供极有价值的工艺分析数据，为优化工艺参数的选择提供参考。通过运用Deform 3D有限元仿真软件对镍基合金Inconel718进行切削仿真，研究了切削时切削速度对切削力的影响，对实际生产有很大的指导意义。

关键词：Deform 3D；镍基合金；Inconel718；切削力

中图分类号：TG51；TG132.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.090

Inconel718合金是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金，在650 ℃的温度下具有较高的强度、良好的韧性，以及在高低温环境下均具有较好的耐腐蚀性，被广泛应用于各种高要求的场合，比如汽轮机液体燃料火箭、低温工程、酸性环境、核工程等。Inconel718合金在机械加工领域属于难加工材料。对其进行单因素仿真试验，主要目的在于分析切削时切削速度对切削力的影响，从而得到比较合理的切削参数，为实际加工提供指导，改善产品加工质量。

1 Inconel718合金切削仿真试验设计

1.1 试验材料

仿真试验材料为镍基合金Inconel718，其物理特性如表1所示。

1.2 试验方案

试验设计要达到通过仿真软件的仿真，分析切削加工时切削速度对切削力的影响，从而通过仿真分析得到科学的切削参数。因此，试验采用单因素试验方法，分析不同的切削速度对切削力的影响。

具体数据为：切削的进给量f=0.15 mm/rev，背吃刀量a=2mm，切削速度v为100～400 m/min，详见表2.

2 仿真模型的建立

在Deform数据库中导入刀具模型和材料模型，如图1所示。在网格划分时，刀具划分25 000个网格。网格数目会影响计算结果的精度和计算的规模。一般来讲，网格数目增加，计算精度会有所提升，但同时计算规模也会变大，因此要选择适当的网格数目。另外，刀具与工件间的剪切摩擦系数为0.6，其热对流系数为45 N/（s·mm·℃），仿真步数为1 000.

3 仿真试验结果与分析

当切削速度很低时，切削力随着切削速度增加而增大。当切削速度再增加时，切削力逐渐减小。从切削力的具体值可以看出变化幅度不大。但是在实际加工中，在低速或高速切削状态下会有积削瘤产生。积削瘤的生长、消失的过程会对切削力产生一定的影响。图2和图3分别为切削速度为100 m/min和200 m/min时的主切削力。

4 结束语

通过Deform 3D对镍基合金进行切削速度单一变量仿真可以得出以下结论：切削速度的增加对切削力的影响不大。因此，在实际生产中，可以采用高速切削方式。这样，既可以提高生产效率，又可以在一定程度上减小切削力。

参考文献

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[2]章振翔，张金明，王来钱.基于DEFORM-3D的不锈钢切削力有限元仿真[J].轻工机械，2011，29（4）.

[3]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具[M].北京：机械工业出版社，2011.

〔编辑：刘晓芳〕