利用Abaqus进行钻削仿真分析

钻削是一种应用广泛的加工方法，钻头的几何形状使钻削过程复杂。在钻削过程中如果加工参数选择不当，会造成钻削力过大、钻头寿命短、产生颤振及钻头折断等，同时，影响表面质量和尺寸精度。

通常，为了解决这些问题，需做大量的实验来选择优化的加工参数，这样将花费很多时间，费用昂贵，且缺乏科学基础。由于加工过程的复杂性，加工参数的选择（如钻削速度、进给量和刀具选择）总是通过大量的实验确定，实验费用昂贵，且得到的结果经常不是最优的。

本案例采用Abaqus有限元通用软件，对钻削工艺进行仿真分析，分析预测了加工过程中工件的应力和温度变化情况等，为进一步优化钻削工艺参数奠定了基础。本实例所使用软件为Abaqus2019，单位制为m-kg-s-J。

有限元建模主要过程：

1. Part和Assembly模块

建立drill和plate部件，均为3D Deformable类型，其中drill部件从外部三维设计软件中导入，并对两个部件实例进行装配。

2. Property模块

创建两种材料Ti6Al4V和tungsten carbide，分别赋予plate和drill部件。

3. Mesh模块

（1）对plate部件进行分割，并加密中间部位的网格，plate采用C3D8RT类型单元，且Element deletion选为Yes；

（2）drill采用C3D4T类型单元。

4. Step模块

（1）建立Dynamic, Temp-disp, Explicit分析步，时间为0.024，并设置质量放大系数；

（2）场变量输出中勾选STATUS。

5. Interaction模块

（1）在drill顶部建立参考点RP-1，并将参考点与drill所有单元建刚体耦合约束；

（2）在Step-1分析步建立General Contact(Explicit)，并创建接触属性；

（3）在Edit Interaction里选择Selected surface pairs:

其中，Surf-dirll和Surf-plate分别为drill和plate部件的所有网格面（包括内、外表面）。

6. Load模块

（1）从initial分析步开始，plate部件实例四周表面建立固定约束；

（2）在Step-1分析步，设置参考点RP-1沿Z轴向下的移动速度和绕Z轴负方向转动的角速度。

（3）在预定义场中，设置所有部件实例的初始温度为20。

7. 编辑模型属性（Model-->Edit Attributes）：设置绝对零度(-273.15)

8. 建立Job，并提交计算。

9. 结果如下：

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