王占礼，董超，胡艳娟，李静，席萍

(长春工业大学机电工程学院，吉林长春130012)

车削加工过程是一个非常复杂的动态性、非线性的工艺过程，常伴随着切削力、切削热和刀具磨损等物理现象。因此，对车削加工过程的数值分析非常重要，通常涉及到很多学科方面的内容如:金属切削原理、材料学、数值分析等。利用传统的解析方法已经难以对其进行精确地模拟和分析。近年来，计算机仿真技术的飞速发展使得利用数值分析特别是利用有限元法模拟金属车削过程成为可能。基于有限元法模拟金属车削过程不仅可以获得实际加工过程中的切削力、切屑形态及刀具磨损等的信息，还可以得到实际实验无法或很难直接测量的状态变量，如:工件和刀具的应力分布、应变分布及温度场分布等的情况。同时有限元法可以快速地得到精确的仿真结果。因此车削加工过程的有限元数值分析对提高生产效率、指导生产实践具有重要的现实意义。

1 切削过程中的几何建模

车削过程中的几何建模是有限元分析的前提。实际加工过程中，刀具的主、副切削刃均参与切削，如果仿真过程中考虑刀具的主、副切削刃均参与切削，则金属层在主、副切削刃交汇处会产生干涉而使仿真不能顺利进行。为了避免该问题的发生，假设整个加工过程中切削刃垂直于切削速度，并且只有直线形主切削刃参与切削而副切削刃不参与切削。在此切削方式下，金属切削变形可以近似看作二维变形，其变形区内的应力、应变及位移分量均不沿Z轴变化 (模型如图1所示)。……