切削刀具与加工对象的物理性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数和抗热冲击性能等物理性能参数应相互匹配。具有不同物理性能的刀具( 如高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等) 所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时, 应采用导热性较好的刀具, 以使切削热可迅速传出而降低切削温度。

刀具的磨损是机械磨损和化学磨损综合作用的结果。机械磨损主要包括磨料磨损、粘着磨损、塑性磨损和微观断裂等。化学磨损主要是指在高温下刀具材料的组分与工件材料发生的化学反应、化学溶解以及刀具与工件间元素的扩散等。已有的研究表明: 刀具切削加工时的磨损与所加工的工件材料和切削条件密切相关, 在不同的切削条件下加工不同的工件材料时,占主导地位的磨损机制有所不同。如在低速切削时, 由于温度较低, 其磨损机制往往表现为磨料磨损; 而在高速切削时高温引起的化学反应、氧化磨损和扩散磨损则占主导地位。

在加工GH4169 时, 应注意刀具的损耗。在大量的加工实践中, 经过对比, 我们选择硬质合金刀具。硬质合金具有硬度高、耐磨性好、耐热性好等特点。含有氮元素与钛元素材质的刀具, 在切削过程中, 可与GH4169 中的某种元素产生亲和力, 刀尖不处于磨损状态,而是溶化脱落, 所以, 不能选择带有涂层的硬质合金刀具( 例如涂层氮化钛刀具, 立方氮化硼刀具等) 。为了验证这样的说法，在下面的DEFORM仿真模中，我们将从软件材料库中选择九种不同的材料，分别模拟他们的切削过程，通过比较不同刀具材料在加工中的温度、应力、应变，选择最适合的刀具材料。

1.2. 3 刀具工艺参数的选择

参考前辈的研究成果，不同的背吃刀量（ap）、进给量（ƒ）和切削速度vc的变化都会引起切削力的变化，但对切削力的影响各不相同；ap对切削力影响最大，ap增加一倍，切削力增加一倍左右；对切削力的影响较ap小，ƒ增大一倍，切削力增大约80%，因为ƒ增加时，切削功率增大，切削力也相应增大，而切削厚度增大，但变形系数却减小，摩擦系数也降低，又导致切削力下降；对切削力影响最小，且成反比。据上述分析，对切削力的影响最大的因素是背吃刀量ap，其次为进给量ƒ。在选择切削参数时，为保证切削效率和系统刚性，切削用量的合理选择很重要，一般是低的切削速度，中等偏小的进给量，较大的背吃刀量，应该是刀刃始终在冷硬层以下进行切削。

 第二章  有限元理论及其实际运用

2.1 有限元法分析简介

有限元法(Finite Element Analysis,简称FEA)是一种高效能、常用的计算方法。是一种模拟设计载荷条件，并且确定在载荷条件下小设计响应的方法。它是用被称为“单元”的离散块体来模拟设计，其含义包括以下三个方面：①每一个单元都有确定的方程来描述在一定载荷下的响应；②模型中所有单元响应的“和”给出了设计的总体响应；③单元中未知量的个数是有限的，因此成为“有限单元”。这种包含有限个未知量的有限单元模型，智能近似具有无限未知量的实际系统响应。有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，所以它广泛地应用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中（这类场与泛函的极值问题有着紧密的联系）。自从1969年以来，某些学者在流体力学中应用加权余数法中的迦辽金法(Galerkin)或最小二乘法等同样获得了有限元方程，因而有限元法可应用于以任何微分方程所描述的各类物理场中，而不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。其基本思想是：由解给定的泊松方程化为求解泛函的极值问题。