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基于ABAQUS的高速切削锯齿形切屑形成机理研究
摘要：
在刀具高速切削过程中，切屑是不可避免的产物。了解切屑的形成机理是研究高速切削的重要内容之一。本文基于ABAQUS平台，结合金属材料力学性质和高速切削原理，研究了高速切削锯齿形切屑的形成机理。通过分析不同切削速度、刀具质量以及金属材料弹塑性特性对切屑形成的影响，阐明了高速切削锯齿形切屑形成的规律，对于提高切削精度和效率具有一定的参考价值。
关键词：
高速切削，切屑形成，ABAQUS，锯齿形切屑，切削速度，金属材料弹塑性
1.背景与研究意义
高速切削是一种高效率的金属加工方式，尤其在模具制造、汽车制造等领域得到广泛应用。在高速切削过程中，切屑作为不可避免的产物，对于切削效率、精度以及刀具寿命等都有很大的影响。因此了解切屑的形成机理，有助于优化切削工艺，提高金属加工效率和质量。本文以高速切削锯齿形切屑的形成机理为研究对象，对于解决高速切削过程中切屑产生问题具有一定的理论和实践意义。
2.高速切削锯齿形切屑的形成机理
2.1理论分析
高速切削的过程中，切削力会导致材料的塑性变形和断裂。在材料面上产生的切削区域，由于受到应力的作用，会发生弹塑性变形，形成微观的齿形状，最终导致锯齿形切屑的产生。锯齿形切屑的产生是由于材料受到切削力的作用，在弯曲和拉伸的过程中，材料会出现“齿印”，产生周期性的形状，然后在刀具接触区域的作用下，形成类似锯齿形的切屑，如图1所示。
图1高速切削锯齿形切屑示意图
2.2数值模拟
本文采用ABAQUS软件模拟高速切削过程中锯齿形切屑的形成。模型采用4节点平面应变单元（CPE4），材料采用S45C钢材。通过改变不同的切削速度、刀具质量以及金属材料弹塑性特性，模拟出了不同情况下的高速切削过程，并分析切屑的形成规律。
3.研究结果与分析
3.1切削速度对切屑形态的影响
在不同切削速度下，切屑的形态有所不同。当切削速度相对较低时，切屑呈现出较宽的平面形态；而当切削速度加快时，切屑的厚度变薄，出现了明显的锯齿形状。
3.2刀具质量对切屑形态的影响
本文将切削质量从0.6kg增加到1.2kg，模拟出了不同质量下的切削过程。结果发现，刀具质量增加能够减少切削过程中的振动，从而减少了切削面的齿形变化，使切屑呈现出平稳的平面形态。
3.3材料弹塑性对切屑形态的影响
本文将材料弹塑性由线性变为非线性，模拟出了不同弹塑性条件下的切削过程。结果发现，在非线性弹性条件下，材料的塑性变形更加明显，导致了切削面齿形的变化更为明显，切屑形态的锯齿程度更加明显。
4.结论
本文基于ABAQUS平台，研究了高速切削锯齿形切屑的形成机理。通过模拟不同切削速度、刀具质量以及金属材料弹塑性特性下的切屑形态变化，发现切削速度、刀具质量以及材料弹塑性都会对切屑形态产生影响。研究结果为高速切削锯齿形切屑的形成机理提供了理论基础和实验指导，并对于提高切削效率和精度具有一定的参考价值。