7.1.1.1 基于DEFORM—3D的淬硬钢三维切削模型的建立
使用UG软件对刀具和工件进行三维几何建模，如图7-1所示是刀具三维模型与真实刀具的对比，为了更方便局部显示切削区，刀具在三维模型中只显示参与切削的刀尖部分。
图7-1 刀具三维模型与真实刀具的对比
把工件和刀具的模型导入DEFORM软件中并进行网格划分。网格划分得越多，则计算的结果越精确，但计算机的计算量也变大。在不降低精度的情况下，为了减少计算时间，对刀具与工件的接触部分进行了局部网格加密；考虑到切削过程中有较大的网格变形出现，并规定当网格畸变量达到网格宽度的1/2时，进行一次重划分，这样一方面解决了局部变形的精确求解，另一方面节省了求解时间以及内存消耗。淬硬钢三维切削模型如图7-2所示。
图7-2 淬硬钢三维切削模型
工件的三个方向固定，刀具沿进给方向以一定的切削速度运动。环境温度设置为20℃。采用Johnson-Cook材料模型和断裂准则[130]，摩擦模型采用做金属切削模拟时常用的修正Coulomb摩擦定律。刀具材料为PCBN，工件材料为GCr15，两种材料的物理性能见表7-1。
表7-1 PCBN刀具材料和GCr15工件材料的物理性能
将刀具设为刚体，工件材料GCr15设置为弹塑性材料，材料热力学性能如图7-3所示。
图7-3 工件材料力学性能曲线(www.xing528.com)
7.1.1.2 表面塑性侧流的三维有限元仿真结果
在切削速度vc=200m/min、进给量f=0.1mm/r、背吃刀量ap=0.4mm、刀尖圆弧半径rε=0.4mm条件下，通过有限元后处理计算，获得工件加工表面等效应力分布（图7-4）、等效应变分布（图7-5）、应变速率分布（图7-6）和等效应力/MPa温度场分布（图7-7）情况，并对加工表面塑性侧流的形成进行了模拟。
图7-4 加工表面等效应力分布
观察有限元模拟结果，在刀具挤压和切削热耦合作用下，工件—切屑分离，大部分金属相对于刀具作纵向的塑性流动，在刀痕的底部等效应变达2.29mm/mm，在个别区域可达2.86mm/mm；而一小部分金属相对于刀具作侧向的塑性流动，在刀痕边缘形成突起，这就是加工表面的塑性侧流，这个应变远小于刀痕底部的应变，仿真结果只有1.14mm/mm。金属的塑性侧流并不均匀，形成不规则的塑性流动突起。
图7-5 加工表面等效应变分布
图7-6 加工表面应变率分布
图7-7 加工表面温度分布
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