由于金属切削过程属于非线性问题，同时还具有连续性和动态性的特性，在仿真切削过程中一些单元被压扁或扭曲，将严重影响切削精度，甚至可能导致计算过程不收敛，为了保证计算精度防止产生不合格单元，在模拟过程中必须对网格即时进行网格重新划分。因此在网格划分中均采用绝对类型，对于刀具，size radio设为3，最小单元边长为0.4mm，工件的size radio设为2，最小单元边长为0.2mm。

　　4计算结果及分析

　　4.1以切削速度为20m/min时，切削力的仿真结果如下图所示：

　　图1 主切削力Fy仿真曲线

　　由于刀具初始切入时，材料的塑性变形不断增大，随着刀具切削长度的进一步增大，摩擦力逐步增大，切削力也不断增大，当切屑开始成型后，刀屑之间的接触长度基本不再变化，切屑不断平稳地产生和流动，切削力也趋于稳定，整个仿真切削过程中切削力的变化如上图。在图中之所以部分地方出现了切削力的比较大的波动，这是由于在切削仿真过程中单元体分离和网格重画所造成的，属于正常现象，将不影响仿真结果的真实性。

　　4.2切削速度对切削力影响仿真

　　在这一步中将保持切削用量中的切削深度为0.7mm和进给量为0.3mm/rev不变，使用deform对切削速度分别为20m/min、40m/min、60m/min、80m/min、100m/min、120,/min、140m/min时进行仿真，设置计算步为200步，计算完成后，进入后处理器，在后处理器中分别提取出主切削力Fy、进给力Fx、背向力Fz对应的曲线图，然后分别把这些曲线图中的数据提取出来并保存。使用Excel打开所保存的数据文件，通过Excel中平均值函数得出在各切削速度下主切削力、进给抗力、背向力在200个计算步内的平均值，并把该值作为该切削速度下对应的主切削力和进给力和背向力的仿真值，把利用以上步骤得出的各切削力值描点后绘制出曲线图如下图所示：

图2不同切削速度下切削力变化曲线

　　通过以上模拟分析结果可以看出。随着切削速度的增大，切削力Fy、Fz、Fx的大小也在不断的增大，但当切削速度达到某个临界值时，切削力达到最大，如图2所示当切削速度达到60m/min时，3

　　个切削分力都达到了最大值，之后随着切削速度的进一步增大，切削力开始减小，当切削速度达到100m/min时，切削力减到最小，之后随着切削速度的增大，切削力又开始逐渐增大。

　　4.3切削深度对切削力影响仿真

　　在该步中保持切削用量中的切削速度为20m/min和进给量0.3mm/rev不变，使用deform对切削深度分别为0.5mm、0.7mm、0.9mm、1.1mm、1.3mm时进行切削仿真，具体方法和4.2中的一样，最后得出对应的切削力平均值，并利用其绘制出如下图所示的曲线图：

图3不同切削深度下切削力的变化曲线

　　在保持切削速度和进给量不变时，随着切削深度的不断增大，切削力也在不断的增大，对于主切削力Fy，随着切削深度的增大，其变化曲线的斜率 有逐渐增大的趋势。而对于进给力Fx，随进给量增大先是缓慢的增大，但当进给量增大到一定值时，进给 力会随进给量增大而出现突然快速增大的现象。对于切深抗力，随切削深度的增大也有不断增大的趋势。 5仿真结果的试验验证

　　5.1不同切削速度下主切削力仿真结果的试验验证

　　表2不同切削速度得到主切削力仿真值与试验值对比 切削速度(m/min) 20 40 60 80 100 120 140 主切削力仿真平均值(N) 533.1 504.5 555.5 525.6 502 503.8 521.93 主切削力试验值(N) 508.68 527.74 576.24 543.53 525.1 523 541.98 误差(%) 4.8 4.5 3.6 3.3 4.4 3.8 3.7 5.2不同切削深度下切削力仿真结果的试验验证

　　表3不同切削深度得到的主切削力仿真值与试验值对比 背吃刀量(mm) 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 主切削力仿真平均值(N) 374.9 533.1 695.75 876 1013.8 主切削力试验值(N) 357.7 506.7 660 836.6 969.2 误差(%) 4.8 5.2 5.3 4.7 4.6 从以上分析可以看出仿真结果与试验结果已达到了可接受的精度，对出现的这些误差，可能与仿真模拟时刀具和工件都处于理想状态有关。也可能是由于作者计算机性能所限，对刀片和工件划分的网格还不够细，采集数据的步长还较大，从而造成误差。 6切削速度对切削温度的影响 使用Deform对切削深度为0.7mm，进给量为0.3mm，切削速度分别为20m/min、100m/min、140m/min时进行仿真，对应的温度仿真结果如下图所示：

　　图4(切削速度为20 m/min时刀片温度分布图)

　　图5(切削速度为100 m/min刀片温度分布图)

　　图6(切削速度为140 m/min时刀片温度分布图)

　　从上图中可以看出，随着切削速度的不断增大，刀具的最高温度也在不断上升。同时还可看出无论切削条件怎么变化，预测的切削温度的最高点总是出现在刀具前刀面上主切削刃的附近，在这个区域，刀屑之间的压力比较高，摩擦力比较大，这说明了刀屑之间的摩擦是引起温度上升的一个重要因素。

　　同时，在高温作用下，硬质合金刀具中的钴会迅速扩散到切屑中，而切屑和加工工件中的铁和碳元素则向硬质合金中扩散，形成了新的低硬度、高脆性的复合碳化物，使得在高温的地方，刀具容易发生扩散磨损。从温度的仿真图中，可以看出刀具前刀面靠近切削刃处总是切削温度最高的地方，因此，根据仿真结果，经分析可知刀具该处扩散磨损最严重，容易形成月牙洼，这与刀具实际切削过程中的磨损情况基本相似。

　　7切削应力分布情况的仿真

　　在实际的切削过程中，由于切削层金属在挤压条件下实现切削层与工件的分离，这样会形成很强的塑性变形应力场和温度场，工件表层受热、受挤压部分伸长，但由于受到其它未加热和未挤压部分阻止不能伸长，产生压应力。下图为切削速度为20m/min，进给量0.3mm/rev，切削深度为0.7mm时进行切削仿真所对应的工件在不同载荷步时的切削应力分布：

　　图7时步11切削应力分布图

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