DEFORM钻削

本次演示一个基于DEFORM的车削案例1 新建一个车削问题2 设置完Operation name之后选择机加工类型为Turning（车削），另外几个分别为铣（milling）、镗（boring）、钻（drilling）。

3 设置刀件切削速度250mm/s，切削深度0.3mm，进给量0.35mm/rev。

4 设置环境温度为20℃，空气对流传热系数保持默认，摩擦系数设为剪切摩擦0.5，刀件与工件的传热系数设为45.5 选择系统内置的TNMA332刀具，当然用户也可以通过Define a new tool来导入自己的刀具模型，支持STL格式。

通过Edit position来调整刀具的位置。

6 选择车刀角度，Side cutting Angle（主偏角）back rake angle 前角side rake angle副前角，除了导入自带的参数，用户可以通过Create a new toolholder自己设置对应参数。

具体这些参数修改会有什么变化如下图所示：7 给车刀划分网格8 设置工件基本参数。

9 设置工件长度为7mm。

Curved model可以生成一个圆环。

当然也可以通过Import Geometry来自己导入工件模型。

10 给工件划分网格，设置最小单元尺寸为0.06mm，尺寸比例为7。

11 给工件赋予材料，通过Import material from liabrary从材料库中导入相应材料。

12 设置模拟步数为10000，每25步存储一次，规定切削长度为3.5mm，也就是工件的一半长度。

注意，当设置了切削长度，那么步数就无效了，可以尽可能往大了设，当满足切削长度之后程序自动停止。

下面的刀具磨损模型采用的Usui模型，具体参数需要参照实验校准，其与所使用的材料和车削工艺有关。

13 查看结果后处理可以查看切削过程中，应力，应变，温度等的变化以及切屑的形态。

等效应力的变化等效应变的变化温度的变化。

---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印---摘要钛合金具有出色的机械性能和良好的惰性化学性能，使得钛合金在飞机、火箭、轮船、医疗器械等领域有着广泛的运用。

但是，钛合金材料的出色物理和化学特点，也让其加工困难成为行业内出名的材料。

本设计通过deform-3D有限元模拟软件对车削钛合金的加工过程进行仿真模拟，建立出钛合金的刀具的几何模型，材料模型，刀具磨损模型。

对刀具的几何参数和车削要素进行分析，选择相对应的三个参数，通过正交设计实验方法设计车削模拟得出相应的模型方案。

通过DEFORM-3D软件对得出的参数方案，进行分析，得出结果。

通过对结果数据的分析,发现切削刀具的几何参数和切削用量对钛合金加工时的切削热度和切割力都有影响;当切削要素不变时,刀具角度上的前角对切削力的影响最大,后角和容屑槽大小几乎不影响;前角和后角对切削温度的影响几乎相等,容屑槽最小。

当刀具拥有相同的几何参数时,影响切削热度和切削力度最大的因素切割速率，随后是进给速度，进给深度最小。

关键词：容屑槽尺寸；前角；后角；切削力；刀具几何参数；钛合金目录1 绪论 (1)1.1本设计的目的、意义 (1)1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 (2)1.3本设计应解决的主要问题 (3)2基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析 (3)2.1有限元模型的建立 (4)2.2刀具几何参数对切削力，切削温度影响的三维正交实验设计 (8)2.2.1 钛合金的车削参数选择 (8)2.2.2 正交设计变量的确定 (9)2.2.3正交试验设计方案 (9)2.2.4后处理结果对比分析 (10)2.2.5数据分析处理 (13)2.3切削用量对切削温度和切削力影响的三维正交试验分析 (15)2.3.1 钛合金的车削参数选择 (15)2.3.2 正交设计变量的确定 (15)2.3.3正交实验安排 (16)2.3.4后处理结果对比分析 (16)2.3.5数据分析处理 (20)3结论 (22)参考文献 (23)谢辞 (24)1 绪论在上世纪50年代初，钛合金被开发成为一种结构重要的金属，是具有出色的机械性能和良好的惰性化学性能的金属。

浅析基于ＤＥＦ０ＲＭ的数控切削加工工艺参数优化口李宾口李蓓智口杨建国东华大学机械工程学院上海２０１６２０摘要：应用大型商用有限元分析软件ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ建立了三维切削模型并对数控车削切削力等进行了模拟分析，与经验公式、实际值进行对比验证其准确性。

在此基础上提出基于ＤＥＦＯＲＭ～３Ｄ数控切削加工工艺参数优化的可行性。

关键词：ＤＥＦＯＲＭ有限元法切削力工艺参数优化中图分类号：ＴＰ３９１．７３；ＴＧ５０１．２文献标识码：Ｂ文章编号：１０００一４９９８（２００７）０５—００５３—０３切削加工是机械制造行业中应用最广的金属成形工艺，世界各国投入了大量的人力和物力用于切削加工的机理研究。

考虑在切削过程中各影响因素建立综合的数学一力学模型，对切削过程进行全面分析，预测在不同切削条件下所产生的切削力，以指导机床、夹具、刀具等的设计与制造，合理地选择工艺参数中的切削速度、切削深度及进给量；对刀具几何参数（前角，后角等）进行优化设计，减小切削力，提高金属切除效率并改善加工表面质量，优化加工工艺等。

现实中，切削力的预报与计算均采用基于试验的经验公式。

近年来，随着计算机性能和运算速度的迅速提高以及有限元法应用的日趋成熟与完善，并与其它技术相结合取得了较大进展，如自适应网格划分、三维场建模求解、耦合问题和开域问题等，有限元法在求解非线性和多场耦合方面的强大功能也日益明显。

与此同时，我国数控机床的使用日益增多，而机床的利用率远不如我们预想的那样。

如何最大限度地发挥机床的潜力，已成为一个紧迫的问题。

笔者利用大型商用有限元软件ＤＥＦＯＲＭ３Ｄ对数控车削加工过程进行模拟仿真，充分考虑到在切削模拟过程中的刀具几何参数（刀片几何角度）及车削加工切削用量等工艺参数的实际情况，进行了车削过程切削力、应力应变模拟；讨论了车削工艺参数与加工过程切削力、应力一应变等的关系。

期望可以对实际加工工艺参数的选取和改进提供理论上的依据。

１基于ＤＥＦＯＲＭ的切削模拟１．１关于ＤＥＦＯＲＭ美国科学成型技术公司（ｓｃｉｅｎｔ浓ｃＦｏｎｎｉｎｇＴｅｃｈ—ｎｏｌｏｇｉｅｓｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）的大型有限元分析软件ＤＥＦＯＲＭ３Ｄ—ｖ５．０中含有切削分析模块Ｍａｃｈｉｎｉｎｇｗｉｚａｒｄ。

操作教程一、进入Deform-3D界面进入运行Deform-3D v6.1程序，软件打开软件会自动选择安装时的默认目录，为了防止运算结果混乱不便管理，可单击工具栏中的打开按钮选择新的文件存放路径，如图10：单击此按钮，选择新的文件路径图10 选择新文件路径二、操作步骤1、进入前处理操作在主窗口右侧界面Pre Processor中Machining[Cutting]选项，弹出图11所示对话框，输入问题名称，单击【Next】按钮，进入前处理界面。

2、选择系统单位进入前处理界面会自动弹出图12所示对话框，要求选择单位制（英制或国际单位制），按需求选择国际单位制（System International），然后单击【Next】按钮，进入下一步。

3、选择切削加工类型Deform中给我们提供的加工方式有车削加工（Turing）、铣削加工（Milling）、钻削加工（Boring）、钻孔加工（Dtilling），其中我们模拟的是铣削加工，故选择Milling，然后单击【next】进入下一步，如图13所示。

图11 进入前处理操作1、选择国际单位制2、单击【Next】图12 选择系统单位制图13 选择切削加工类型4、设定切削参数图14所示对话框参数设置，可根据自己的需要改变数值的大小，不过后面选择刀具参数时要考虑这些参数，否则很肯能出现接触错误。

该模拟中选择参数如下：图14 设定切削参数5、工作环境和接触面属性设置1、选择铣削加工2、单击【Next 】2、单击【Next 】1、输入各项切削参数图15 工作环境和接触面属性设置5、刀具设置如图16所示，单击新建刀具在弹出的对话框中选择预先建立好的刀具模型（图17），单击打开按钮，弹出刀具材料设定对话框选择预先定义好的刀具材料物理参数的key 文件（图18），单击【load 】加载刀具材料。

所选刀具材料将被列在刀具材料设定对话框下方（图19）。

一直单击Next 直到完成刀具设置。

基于DEFORM—3D的螺旋锥面钻尖的钻削仿真分析作者：关佳勤宋健来源：《山东工业技术》2015年第10期摘要：本文通过将Pro/E与MATLAB生成的螺旋锥面钻尖的三维模型导入DEFORM-3D，建立有限元模型并进行动态仿真，该方法提高了螺旋锥面钻尖的研发效率并节省研发成本。

关键词：钻削；仿真；DEFORM-3D；有限元法1 前言普通锥面麻花钻的存在定心不好、轴向力和扭矩比较大，并且时有翘尾等缺点 [1]。

针对现状，基于锥面和螺旋面钻尖的螺旋锥面钻尖技术的研究提上日程。

本文利用Pro/E与MATLAB软件完成了整个螺旋面钻尖三维造型，而后导入DEFORM-3D进行数据处理。

3 模型网格划分与边界条件设定3.1 模型网格划分钻头和工件网格划分均采用绝对类型，钻头size radio设为2，最小单元边长为0.4mm，工件网格size radio 设为4，最小单位边长为0.4mm，将工件材料中欲切除部分附近的网格细分，最小单元边长为0.1mm。

刀具和工件的局部网格划分结果如图1所示。

麻花钻设置为刚体，钻头设置为Primary die，工件设置为塑性。

本文中只取了麻花钻的一部分，这样能够减少计算时间[3]。

在仿真控制中设步数为2000步，步长0. 05，仿真模式为热传递和变形，变形求解器采用Sparse解法。

3.2 边界条件设定工件材料选为ANSI—1045钢（同45钢），直径钻头d=10mm，沿-Z轴进给，进给量0.25mm/rec，转动中心为（（0，0，0）（转动中心随进给运动的变化而变，此为初值），转速为800r/ min，转向为（0，0，1）。

边界设置中，工件的圆周面的速度在X，Y，Z方向上为0，工具和刀具的所有面设定为与外界热传递，激活工件的体积补偿选项。

对象间的关系设定刀具为主动，工件为从动。

摩擦类型设为剪切摩擦。

刀具磨损模型选用适合与金属切削的Usui’s模型。

设定环境温度为20℃，对流系数为0.02N/sec/mm/C，热传导系数为45N/sec/mm/C。

刀具：2棱槽麻花钻，直径6mm，转速400RPM，进给量f=0.15mm/r。

1、进入前处理器，命名文件2、仿真控制设置打开“热转换”，单位变为SI，仿真名称Drilling Simulation.3、定义工件、刀具，建立钻削模型可以直接插入.stl 格式的文件，按“添加”按钮。

简单的直接在前处理建立。

.stl 格式的文件必须保存在非中文的文件夹里。

外部插入的模型必须是独立、封闭的面，多面导致仿真过程中网格划分生成的问题。

建立的钻尖最好在CAD系统坐标中XYZ的初始位置工件直径比刀具大1/5，厚度足够使钻尖进入，直径7mm，厚1.7mm工件：塑性，刀具：刚性修改工件、钻头名字保存4、物体位置设置刀具接触工件，干涉，沿-Z轴5、网格划分General:设置绝对尺寸（Absolute）或相对尺寸（Relative），前者设置网格的绝对大小（Max/Min Element Size）以及最大最小单元的尺寸比值限制(Size Ratio)，而后者设置的是单元的数量（Number of Elements）以及最大最小单元的尺寸比值限制(Size Ratio)。

定义最小网格单元尺寸，最小网格单元尺寸为单个切削刃进给量的1/2,选用的麻花钻是2棱的，所以最小网格单元尺寸为f的1/4，即0.0375，约等于0.4。

金属切削仿真中，最大网格单元尺寸与最小网格单元尺寸的比例通常选用10.为了仿真时网格自动生成计算，需要进行细节设置，工件：绝对型。

权重因子设置中，将Mesh Windows设置为1，其余为0，网格细化。

面网格划分——实体划分。

划分好后把细化窗口删除，权重因子重新设置Strain：0.65 ，Strain Rate：0.35 。

用于仿真过程中网格重新划分。

刀具：相对网格划分，20000个单元格，权重因子设置，网格细化，内外相对尺寸比例0.36、材料设置工件：AISI-1045(Machining) 铝刀具：Carbide (15%) 硬质合金7、运动控制设置钻头的运动、旋转，旋转速度单位换算radians/sec（弧度/秒），移动速度单位mm/sec换算公式：旋转中心：0,0,0 轴-Z进给量：8、边界条件进入Velocity，设置工件侧面在XYZ方向均为约束，Heat Exchange with the Environment所有面热转换仿真步数设置计算步长方式的选择：由时间决定；由模具行程决定（对于通常的变形问题，采用行程方式较好）对于钻削仿真，每个时间步内旋转1度，如果简化为300步完成一个变革（转一周），则当V为400RPM时，转一周需要1/6秒，每个时间步所占时间为(1/6) / 300，即每步0.0005秒With Constant Time Increment 常数时间增量设置为0.0005s.前面得知，沿-z轴移动速度为1mm/s，整个钻头穿过的路程约为3.5mm，则时间为3.5s，7000步。

刀具：2棱槽麻花钻，直径6mm，转速400RPM，进给量f=0。

15mm/r.1、进入前处理器,命名文件2、仿真控制设置打开“热转换"，单位变为SI，仿真名称Drilling Simulation.3、定义工件、刀具，建立钻削模型可以直接插入.stl 格式的文件，按“添加”按钮.简单的直接在前处理建立。

stl 格式的文件必须保存在非中文的文件夹里。

外部插入的模型必须是独立、封闭的面，多面导致仿真过程中网格划分生成的问题。

建立的钻尖最好在CAD系统坐标中XYZ的初始位置工件直径比刀具大1/5，厚度足够使钻尖进入，直径7mm,厚1.7mm工件：塑性，刀具:刚性修改工件、钻头名字保存4、物体位置设置刀具接触工件，干涉，沿—Z轴5、网格划分General:设置绝对尺寸（Absolute）或相对尺寸(Relative）,前者设置网格的绝对大小（Max/Min Element Size）以及最大最小单元的尺寸比值限制（Size Ratio)，而后者设置的是单元的数量(Number of Elements）以及最大最小单元的尺寸比值限制（Size Ratio）。

定义最小网格单元尺寸,最小网格单元尺寸为单个切削刃进给量的1/2，选用的麻花钻是2棱的，所以最小网格单元尺寸为f的1/4，即0.0375,约等于0。

4。

金属切削仿真中,最大网格单元尺寸与最小网格单元尺寸的比例通常选用10.为了仿真时网格自动生成计算，需要进行细节设置，工件:绝对型.权重因子设置中,将Mesh Windows设置为1,其余为0,网格细化。

面网格划分——实体划分。

划分好后把细化窗口删除，权重因子重新设置Strain:0.65 ，Strain Rate：0.35 。

用于仿真过程中网格重新划分。

刀具：相对网格划分,20000个单元格，权重因子设置，网格细化，内外相对尺寸比例0。

36、材料设置工件：AISI—1045（Machining）铝刀具：Carbide (15％) 硬质合金7、运动控制设置钻头的运动、旋转,旋转速度单位换算radians/sec（弧度/秒）,移动速度单位mm/sec 换算公式：旋转中心:0，0，0 轴—Z进给量：8、边界条件进入Velocity，设置工件侧面在XYZ方向均为约束，Heat Exchange with the Environment所有面热转换仿真步数设置计算步长方式的选择：由时间决定;由模具行程决定(对于通常的变形问题，采用行程方式较好）对于钻削仿真,每个时间步内旋转1度，如果简化为300步完成一个变革（转一周),则当V为400RPM时，转一周需要1/6秒,每个时间步所占时间为(1/6） / 300，即每步0.0005秒With Constant Time Increment 常数时间增量设置为0。

毕业论⽂-基于DEFORM-3D的切削温度仿真论⽂题⽬：基于DEFORM-3D的⼑具切削温度仿真学⽣姓名：所在院系：所学专业：导师姓名：⽬录摘要 (1)第⼀章绪论……………………………………………………错误！未定义书签。

第⼆章仿真软件介绍 (6)第三章Deform—3D软件简介 (9)3.1软件模块结构分析 (9)3.2 前处理器及其设置 (9)3.3 模拟器 (9)3.4 后处理器 (11)第四章有限元模型的建⽴ (13)4.1 切削加⼯模型 (13)4.2 切削模型建⽴ (14)第五章 DEFORM-3D对切削温度的仿真 (17)5.1⼑具和⼯件的温度场分析 (17)5.2 切削速度对切削温度的影响 (17)5.3切削过程中总体温度分布 (19)5.4 切削厚度对切削温度的影响 (20)第六章结论 (22)第七章参考⽂献 (23)摘要在⾦属切削加⼯中，切削温度对切削加⼯过程有着⾮常重要的意义。

为了更好的研究⾦属材料的切削加⼯过程中切削温度的分布，本⽂以Deform—3D软件为平台，利⽤有限元⽅法对45号钢的切削过程中的温度进⾏了建模与仿真，分别分析了切削过程中⼑具和⼯件的切削温度场分布，以及切削速度变化时对切削温度的影响。

仿真结果表明：⼑-屑接触区及⼯件上的最⾼温度随切削速度的增加⽽升⾼，但⼯件上温度升⾼的趋势较平缓；⽆论切削条件怎么变化，切削温度的最⾼点总不在⼑刃处，⽽是位于前后⼑⾯上距离⼑刃不远的地⽅；剪切⾯上各点的温度⼏乎相同。

仿真结果表明，Deform—3D软件所得的仿真结果和理论依据的吻合度较⾼，说明仿真具有较⾼的可信度，为⽣产实践中切削速度的优化选择，⼑具及⼯件材料的选择提供理论依据关键词：Deform—3D，有限元仿真，切削温度AbstractIn the process of metal cutting, the cutting temperature of the cutting process has very important significance. In order to better study the metal material cutting process of cutting temperature distribution, Based on the Deform -3D software as the platform, using the finite element method for45 steel cutting temperature by modeling and simulation, Analysis of the cuttingprocess, the cutting tool and the workpiece cutting temperature field distribution, as well as the cutting speed change on cutting temperature effect.The simulation results show that: the tool-chip contact area and the workpiece on the maximum speed with cutting speed increases, but the workpiece temperature increased more gentle; No matter how the change of cutting temperature cutting conditions, highest point total in the blade, but are located before and after the knife surface distance edge not far place; Shear plane of each point on the temperature is almost the same. The simulation results show that, the Deform - 3D software the simulation results and the theoretical basis of the anastomosis of a higher degree, a description of the simulation has high reliability, Production practice of cutting speed optimization, tool and workpiece material selection and provide a theoretical basisKey word：Deform—3D，Finite element simulation, Cutting temperature第⼀章绪论⾦属切削是机械制造中使⽤最⼴泛的加⼯⽅法，⾦属切削加⼯时在机床上利⽤个切削⼯具从⼯件上切除多余材料，从⽽获得具有⼀定形状精度、尺⼨精度、位置精度和表⾯质量的机械零件，是机械加⼯的基本⽅法。

第二章DEFORM-3D操作介绍2.1DEFORM-3D软件介绍20世纪70年代后期，位于美国加州伯克利的加利福尼亚大学小林研究室在美国军方的支持下开发出有限元软件ALPID，20世纪90年代在这一基础上开发出DEFORM-2D软件,该软件的开发者后来独立出来成立了SFTC公司，并推出了DEFORM-3D软件。

DEFORM-3D 是一套基于有限元分析方法的专业工艺仿真系统，用于分析金属三维成形及其相关的各种成形工艺和热处理工艺。

二十多年来的工业实践证明其有着卓越的准确性和稳定性，模拟引擎在大流动、行程、载荷和产品缺陷预测等方面同实际生产相符，被国际成形模拟领域公认为处于同类模拟软件的领先地位。

DEFORM-3D不同于一般的有限元软件，它是专门为金属成形而设计。

DEFORM-3D可以用于模拟零件制造的全过程，从成形、机加工到热处理。

通过DEFORM-3D模拟整个加工过程，可以帮助设计人员：设计工具和产品的工艺流程，减少实验成本；提高模具设计效率，降低生产和材料成本；缩短新产品的研究开发周期；分析现有工艺存在的问题，辅助找出原因和解决方法。

2.1.1DEFORM-3D特点1）DEFORM-3D具有非常友好的图形用户界面，可方便用户进行数据准备和成形分析。

2）DEFORM-3D具有完善的IGES、STL、IDEAS、PATRAN、等CAD和CAE接口，方便用户导入模型。

3）DEFORM-3D具有功能强大的有限元网格自动生成器以及网格重划分自动触发系统，能够分析金属成形过程中多个材料特性不同的关联对象在耦合作用下的大变形和热特性，由此能够保证金属成形过程中的模拟精度，使得分析模型、模拟环境与实际生产环境高度一致。

DEFORM-3D采用独特的密度控制网格划分方法，方便地得到合理的网格分布。

计算过程中，在任何有必要的时候能够自行触发高级自动网格重划生成器，生成细化、优化的网格模型。

4）DEFORM-3D系统自带材料模型包含有弹性、弹塑性、刚塑性、热弹塑性、热刚粘塑性、粉末材料、刚性材料及自定义材料等类型，并提供丰富的开放式材料数据库，包括美国、日本、德国的各种钢、铝合金、钛合金、高温合金等250种材料的相关数据。

基于DEFORM的整体CBN刀具切削钛合金的有限元分析2012年第46卷 No.10 27DEFMOR CBN基于的整体刀具切削钛合金的有限元分析代宝林 , 周丽 , 黄树涛 , 许立福沈阳理工大学DEFORM -3D CBN ,摘要利用有限元软件对整体刀具车削钛合金进行了三维仿真采用单因素试验法模拟CBN 、。

分析刀具车削钛合金时切削速度背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响仿真结果表明对切削力影响最大的是背吃刀量,其次是进给量,切削速度的影响最弱。

切削温度方面,切削速度对其影响最大,背吃刀量最小。

关键词钛合金有限元切削力切削温度TG136 +.4 A中图分类号文献标志码Feitin Etenlem Aialsysn of miuanitT Alloy Cginttu hitw Eiretn CBN Bedas on DEFOM RDai Baolin,Zhou Li,Huang Shutao,Xu LifuAtcartsb A three -dimensional finite element model of the titanium alloy turning i w th entire CBN a w s established byDEFORM -3D softa w re. The influence of cutting speed 、 cutting depth and feed rate on cutting force and cutting tempera-ture a w s simulated by single factor epxeriment. Simulated results show that in all facto, rsthe cutting depth i w th mai x mal impact on the cutting for, cethe feed rate is secon, dcutting speed on cutting force the minimum. On the contrary,the cut-ting speed i w th the greatest impact on the cutting temperature and cutting depth on cutting temperature minimum.Ksdrowye TC4 finite element cutting forc ecutting temperature点,聚晶立方氮化硼 PCBN 和聚晶金刚石 PCD1 引言逐渐被使用。