第3章 切削加工的有限元理论与有限元建模

3.1 概述

为了提高切削加工效率和产品加工质量，特别是满足航空航天等领域对关键零部件的机械性能要求，必须深入研究切削加工机理。由于金属切削工艺相当复杂，涉及的影响因素较多，利用解析方法很难准确描述切屑的形成过程；而单纯的实验研究所需的经费和时间投入均很大，且不易得到切削区域残余应力场、温度场的分布状态信息。相比之下，切削过程有限元数值模拟技术作为一种有效的辅助设计工具，能够辅助获得工件材料在切削过程中的动态信息。借助于这种方法，能够全面研究各种切削加工参数之间的相互影响作用，从而为切削参数优化、刀具几何参数设计及其结构设计等提供重要的理论指导。

目前，诸如ANSYS、DEFORM、Marc、ABAQUS等商业有限元软件为实现大型项目的有限元分析、计算提供了良好的前后处理和求解环境。本项目研究使用MSC.Marc软件对金属的切削过程进行有限元分析。MSC.Marc是功能齐全的高级非线性有限元软件，被国内外研究者广泛用于金属切削过程的研究^[23-64]。

本章将讨论金属切削过程数值模拟的几个关键技术及其解决方案，研究二维、三维切削加工数值模拟的建模技术，为切削加工数值模拟奠定基础。