图 5 刀具前刀面上各点的有效应力与其距刀尖距离的关系

图 6 Lee & Shaffer 剪切角理论

 

表 对

应 不
同 刀

具 前
角 的

剪 切
角 刀

具 前
角

-

15
°

-10°

-5°

5°

10°

15°

剪 切

角

38

°

41°

44°

48°

52°

56°

建立如图 2 所示的直角自由切削二维有限元模型。在此模型中，将工件划分为 1750 个
单元，将刀具划分为 100 个单元；在工件底部约束 X、Y 向两个自由度，在工件左侧
约束 X 向自由度；刀具则约束 Y 向自由度。

 

加载与计算
在刀具右端施加水平向右的位移，刀具在给定速度和不同的位移边界条件下向右移
动，形成切削过程。然后通过计算软件的解算器进行综合计算。
通过 ANSYS 后处理器可观察到切削过程中剪切角的形成(如图 3 所示)和刀具所受有
效应力的变化情况(如图 4 所示)。由此，可借助于 AutoCAD 软件测出剪切角的大小。
同时，可得到刀具在任意时刻所受的瞬时有效应力。

 

刀具前刀面的有效应力分析
由图 4 的刀具等应力线分布情况可知，刀尖处的有效应力最大，沿前刀面向上则逐渐
减小。刀具前刀面上各点的有效应力与其距刀尖距离的关系如图 5 所示。这一结果与 B 
A 奥斯塔费耶夫所著的《刀具动态强度计算》(机械工业出版社 1982 出版)中的结论一致。
2 Lee & Shaffer

 

剪切角理论的验证

Lee & Shaffer 剪切角理论