第1期 2017年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)01=012704
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt.2017.01.035
铝硅合金ADC12切削仿真与试验分析
毕京宇，丛明，刘冬，许修箔，赵鑫
No.1 Jan.2017
（1.大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；2.大连机床集团有限责任公司，辽宁大连 116620)
摘要：针对某汽油机缸体、缸盖材料-——铝硅合金ADC12的高速切削参数的优化选择，采用其John-son-Cook本构模型，在有限元软件ABAQUS中采用热-力耦合分析单元用硬质合金刀具对其进行二维高速切削仿真，得出该合金在不同切削参数下的切削力大小及变化规律，经过对比分析得出其最优的切削参数。然后在高速铣床上对该发动机缸体、缸盖材料进行高速铣试验，将试验结果与仿真结果进行对比，验证了有限元切削仿真的有效性，为该缸体、缸盖进行高速铣削提供合理铣削参数的选择依据。
关键词：铝硅合金；ABAQUS；本构模型；有限元切削仿真；切削试验
中图分类号：TH140.7;TG111.3
文献标识码：A
Cutting Simulation andExperimental Researchfor Aluminum SiliconAlloy ADCi2
BI Jing-yu', CONG Ming', LIU Dong', XU Xiu-bo', ZHAO Xin
(1. School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning 116024, China; 2 Dalian Machine Tool Group Co. , Ltd. , Dalian Liaoning 116620, China)
Abstract : In allusion to the optimal selection of high-speed cutting parameters of a type of gasoline engine cylinder block, cylinder head material-aluminum silicon alloy ADC12, we could do 2D high speed cutting simulation by carbide cutting tools with thermal-mechanical analysis unit in the finite element software ABAQUS. Then the cutting force and the rule of changes of them under different cutting parameters were concluded. We can select the optimal one by contrastive analysis. Then we carried out the high speed mill-ing experiments on the engine cylinder block and cylinder head material on high speed milling machine. By comparing the test results with simulation results, the validity of the finite element simulation of cutting was verified. And that can provide reasonable milling parameters selection basis for the high speed milling of the cylinder block and cylinder head
Key words: aluminum silicon alloy; ABAQUS; constitutive modeling ; finite element simulation cutting; cuttingexperiment
0引言
采用ADC12铝硅合金制造的发动机缸体、缸盖，
不但重量轻、油耗少，而导热性、抗磁性、抗饰性和机械加工性均较铸铁好1]。高速切削技术具有材料去除率高、切削力小、工件变形小以及加工精度高等优点，在发动机缸体、缸盖的加工中应用越来越多[2]。随着计算机技术及数值模拟仿真技术的飞速发展，有限元方法在金属切削加工领域得到了广泛应用，利用有限元方法不仅可以节约经济成本，而且提高了工作效率，因此针对铝硅合金ADC12切削参数优化过程中，有限元切削模拟仿真显得尤为重要。
国内外应用有限元软件对金属或非金属材料进行切削仿真分析的研究也很多。ZhangYc[3]等在 ABAQUS/Explicit中对钛合金Ti-6Al-4V进行干切削，证明了表面剪切应力与接触应力和摩擦系数有关；郭
森(4在ABAQUS中对LY12合金进行高速切削仿真，并对其残余应力进行了研究，得出不同切削参数和刀具参数对残余应力的影响；杨勇等[5]在DEFORM中通过研究材料的动态本构关系、切屑分离、刀屑接触等关键技术建立了正交切削有限元模型，提出材料本构关系建立方法和切屑断裂能量解释观点。
但是，由于国内对铝硅合金ADC12的高速切削仿真及工艺技术研究欠缺，导致在实际生产中出现切削参数欠优化、机床利用率低、主轴转速偏低等一系列问题。本文针对某汽车发动机缸体、缸盖材料切削参数欠优化这一问题进行分析研究，对该材料的高速切削参数进一步优化提供理论和试验基础。
建立有限元模型 1
1.1建立模型
切削加工过程是一个复杂的强热力耦合的动态物
收稿日期：20160407；修回日期：20160423
*基金项目：国家“高档数控机床与基础制造装备"科技重大专项课题(2011ZX04015-021）
作者简分劳数据987—），男，山东菏泽人，大连理工大学硕士研究生，研究方向为高速切前与精密加工技术，（E-mail）bjingyu68@163.com