应用铣削仿真研究机加工中的裂纹问题
前言
机加工是一个比较复杂的工况。对于机加工的研究，一般分为对刀具的研究和对加工工艺的研究两类。其中对刀具的研究在高校的研究中较为多见。在实际的加工过程中，其实合理的加工工艺同样重要.由于机加工具有高速的特征，很多感觉上对的事情不一定适用所有工况，本例来源于真实案例，内容分析可能有所不够严谨，但是可以提供一个研究思路。
01 问题描述
在车体某部件的加工过程中，出现了裂纹。对裂纹处进行电镜扫描，可见有疲劳断裂形貌.
图1 电镜扫描图与断裂口形貌图
经过调研发现，此处的加工工艺为铣削成型。具体的加工方式有两种，一种为立铣，一种为卧铣。目前的加工方式为立铣。相关的模型如下面两个模型所示：
图2 立铣（左）与卧铣（右）示意图
02 问题研究思路与实现
这是一个典型的铣削成型仿真问题。我们选取了abaqus作为工具，使用显式求解器进行计算求解。通过对问题的分析，我们选择的分析重点为不同的铣削方式和不同的铣削深度。当然还可以研究铣刀转速等问题，不在本次的研究之内。
主要工况：
立铣不同深度（5mm，10mm，15mm）2. 卧铣不同深度下（5mm，10mm）
工况-立铣
工况-卧铣
图3 铣削工况示意图
03 结果分析
对结果进行分析。由于云图较多，看其中两个云图，立铣深度5mm和卧铣深度5mm.
图4 立铣（5mm）和卧铣（5mm）云图
图5 立铣（5mm）和卧铣（5mm）动图
可以直观看出，除了切削区域外，最大的应力出现在立筋根部。当采取立铣深度为5mm时候，此处发生开裂现象，其他方法并未开裂。为了避让图4中的开裂区域，我们选择图6中的一排节点定义路径，提取应力
图6 应力取点及节点编号
分别提取各个节点的最终应力，绘制下图：
图7 五种工况下各节点的应力值
由图7可以看出，最大应力值集中在第6到第8个节点上。对照图6，此处为立筋的根部，亦验证了裂纹的出现位置。由于图7并不能体现在加工过程中的应力变化，所以提取其中的第7个节点，输出在加工过程中的应力变化曲线，如图8
图8 五种工况下第7节点的应力变化曲线
04 初步结论
1. 由于在铣削过程铣头的高频转动，零部件在加工的时候会存在应力高频振荡现象。在T型结构的立筋加工中，应力最大值出现在立筋的根部（近平板处），会在此处产生疲劳裂纹；
2. 立铣和卧铣两种加工方式中，立铣对立筋造成的应力值要大幅大于卧铣。尽量避免此种工艺，如有必要，需要对立筋采取额外夹持；
3. 立铣的加工深度对立筋根部的应力有较大影响。由于深度即影响了立筋的刚度，又由于切削量的不同影响了切削力的大小，所以切削深度和立筋根部的应力值不是简单的线性关系，实际加工过程中如果确有必要采取此种加工工艺，需要合理定义切削深度。
