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1、引言 随着计算机技术和信息技术的发展，虚拟制造技术在传统加工制造业中得到广泛应用。应用虚拟制造技术可以缩短产品开发周期、降低成本、提高产品质量，从而提高产品的市场竞争力。对车削过程进行虚拟仿真，可以合理选择参数工艺中的车削速度，背吃刀量及进给率；对车刀几何结构(前角，后角和断屑槽等)进行优化设计。目的在于减小切削力，提高金属切除效率并改善加工表面质量，优化加工工艺等。 当前，国内外针对车削过程模拟已开展了很多研究并取得了实际的意义。例如：日本H Sasahara等应用弹塑性有限元法，在忽略温度和应变速率影响的前提下模拟了加工表面残余应力的分布[1]。美国T Altan与意大利E Ceretti合作开展了直角与斜角切削过程应力/温度场分布的二维和三维有限元分析[2~3]，并将结果应用于改善实际加工参数。清华大学方刚等通过正交切削工艺的二维有限元模拟结果分析了刀具载荷和切削温度场的分布状态[4]。哈尔滨工业大学董丽华对面铣刀切入瞬间应力场进行了有限元模拟，分析切入瞬间的应力场分布。现有的研究成果表明[6~11]，应用于切削加工过程的虚拟制造技术已经开始成熟。 笔者尝试利用虚拟制造技术对金属的切削加工过程进行模拟仿真研究：通过充分考虑在切削模拟过程中的可转位车刀几何参数(可转位刀片几何角度及断屑槽参数)及车削进给率等工艺参数的实际情况，基于DEFORM－3D三维有限元分析软件，在考虑应变速率强化效应的基础上，进行了车削过程热)力耦合模拟；讨论了车削工艺参数与加工过程应力)应变及温度场分布状态的关系。 2、模型的建立及模拟参数 研究中模拟的车削过程是用可转位车刀进行碳钢的外圆车削。由于刀具的几何形状直接影响到模拟结果的真实性，因此采用Pro/e软件完成了刀片、工件和简化刀具的几何建模，并将模型导入模拟仿真软件DEFORM－3D。可转位车刀(图2)材料定义为WC基硬质合金，其三维模型具体参数参照文献[12]；被切削金属定义为美国标准牌号为AISI1045的碳钢，其材料成分及物理性能与GB45钢近似。由于在车削过程中的应力应变和温度变化主要集中在刀尖部位，而其它部位的变化不大，因此为了减少有限元网格数量，减少计算时间，可以只分析靠近刀尖部位的一小部分工件，而忽略其他的工件部位(见图1)。 
图1 模拟行程为12mm时的刀屑状态 两种金属材料的物理性能见表1。 
表1 工件及刀具物理性能
两种材料间的热交换率为50N/Sec/mm/C，剪切摩擦系数为0.6。刀屑摩擦系数对车削模拟过程影响很大，是建立真实边界条件的重要参数。由于金属车削过程中，金属的变形主要为大塑性变形，所以在模拟中碳钢可被视为刚塑性体，而忽略它的弹性变形；可转位刀片在切削过程中变形很小，视为弹性体。模拟中工件块长度为20mm，模拟切削总长度为15mm。刀具断屑槽采用V型断屑槽，其宽度为3mm(刀片参数见图2)。 [1] [2] [3] [4] [5] 下一页 | 
