基于工艺的有限元法( FEM ) 广泛应用于高速加工过程, 以实现刀具切削力、应力和温度分布、刀具磨损和残余应力等的模拟分析, 刀具切削模型和切削条件等因素的优化。
在切削加工领域, 对大部分的工件材料而言, 其流动应力和摩擦特性的获得是很困难的。工件材料初始阶段的塑性变形或流动中产生的流动应力和瞬时屈服强度主要受温度、应力和应变等因素的影响。在高速切削加工中, 确定精确可靠的流动应力模型成为研究工件材料加工特性的首要工作。
1.2 国内外研究综述
1.2.1 发展情况毕业论文
http://www.751com.cn/ “高速切削”的概念首先是由德国的Salomon博士提出的, 并于1931 年4 月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。此后, 高速切削技术经过20 世纪50 年代的机理与可行性研究, 70 年代的工艺技术研究, 80 年代全面系统的高速切削技术研究,到90 年代初, 高速切削技术开始进入实用化, 到90 年代后期, 商品化高速切削机床大量涌现, 21 世纪初, 高速切削技术在工业发达国家得到普遍应用, 正成为切削加工的主流技术。
1.2.2 有限元分析法研究高速切削
目前，有限元分析方法在发达国家得到了广泛的应用，国内有限元分析方法的应用领域也在不断的扩展。利用有限元原理来评估刀具涂层，切削环境及切屑形成对切削力和切削温度影响规律的研究一直都在进行。这在研究切削工艺参数及切屑成形机理方面有着不可替代的作用。
最早采用有限元法研究切削加工的是Zienkiewicz（辛柯文奇）和Kakino（垣野）。Zienkiewicz于1971年采用预先给定切屑形状然后加载刀具的方法，分析了在刀具加载过程中工件材料发生塑性屈服的区域沿主剪切平面的扩张情况。
1976年Shirakashi（白樫）和Usui（薄井）对上述模型进行了改进，考虑了刀屑之间的摩擦以及工件材料流动应力受应变、应变速率和温度影响的特性。他们采用反复调整切屑形状，直至在某种切屑形状下产生的塑性流动跟预先设定的取得一致，以此来获得切屑的形状。他们采用的这种迭代收敛法(Iterative Convergence Method)取得了成功，并在后续的研究中得到了应用和进一步的发展。
20世纪80年代中期，Strenkowski（斯坦诺文斯基）和Carrol（卡罗尔）采用基于更新的拉格朗日公式弹塑性模型，并将等效塑性应变准则作为切屑分离准则，由于等效塑性应变值的选择影响了加工表面应力的分布。Komvopoulos（坎弗普洛斯）和Erpenbeck（埃尔彭贝克）用库仑摩擦定律通过正交切削解析法得到了刀具与切屑之间的法向力和摩擦力。用弹塑性有限元模型研究了钢质材料正变切削中刀具侧面磨损、积屑瘤及工件中的残余应力等。至此，对稳态切削有了比较系统的模拟研究，但是真正意义上的摩擦模型和热力耦合模型都还没有建立起来。
三文切削有限元分析在这一时期也在不断进行。Maekawa（前川）和Maeda（前田）于1993年完成了基于迭代收敛法切屑形成的第一个三文稳态切削分析。第一个非稳态三文切削仿真分别由Ueda（上田）和Manabe（真锅）于1994年完成。
近几年来，国内对切削加工有限元模拟研究发展比较快。胡华南运用有限 元方法研究切削 45 钢的残余应力分布。2007年，王宇、刘亦智、岳彩旭、刘献礼等，对淬硬钢GCr15的斜角切削过程进行了有限元分析。刘伟, 李家春，通过Deform -3D，研究三文车削加工。
1.3 关于Deform-3D软件的介绍
Deform- 3D 是在一个集成环境内综合对建模、成形、热传导和成形设备特性进行模拟的有限元仿真分析软件,它主要包括三个部分: 预处理、仿真和后处理。Deform -3D 功能与2D 类似, 但它处理的对象为复杂的三文零件、模具等。Deform- 3D 是模拟3D 材料流动的理想工具, 它不仅鲁棒性好, 而且易于使用。系统中集成了在任何必要时能够自行触发的自动网格重划生成器, 以便生成优化的网格系统。在要求精度较高的区域, 可以划分较细密的网格, 从而降低题目的规模, 并显著提高计算效率。
金属切削加工是一个复杂的强热力耦合的动态物理过程, 切屑的形成过程具有高温和大变形的特点。通过基于Deform 高速切削加工的模拟过程, 获得许多重要的参数, 可以进一步研究多种不同刀具、工件的切削加工特征, 了解切削过程中所产生的最大应力、最高温度以及切屑流动的情况, 以期对刀具的设计和工艺参数的确定提供参考, 实现加工过程的优化和生产成本最小的目的
1.4 淬硬钢高速切削的特点
淬硬钢(硬度HRC55～HRC65)是一类耐磨结构材料，广泛用于制造各种对硬度和耐磨性要求较高的基础零部件。淬硬钢经淬火或低温去应力退火后具有较高硬度，通常采用磨削工艺进行半精加工和精加工，不仅加工效率低，而且粉尘和废液污染严重。采用干式切削技术以车代磨对淬硬钢进行高速切削加工是一种环境效益和经济效益俱佳的工艺选择，这一新技术的应用对刀具材料及使用技术提出了较高要求。
高速条件下切削淬硬钢，单位时间内产生的切削热多，切削层的瞬间温度高,导致淬硬钢切削层处的硬度下降，起到了加热切削的作用，能减小被加工材料的塑性变形抗力，降低材料切削加工的难度。
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