Nghiên cứu sự biến dạng của phoi khi mô phỏng quá trình gia công hợp kim nhôm A6061

ISSN 2354-0575
NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN DẠNG CỦA PHOI
KHI MÔ PHỎNG Q TRÌNH GIA CƠNG HỢP KIM NHƠM A6061
Phạm Thị Hoa, Nguyễn Đức Toàn
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 10/07/2017
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 15/08/2017
Ngày bài báo được duyệt đăng: 18/08/2017
Tóm tắt:
Bài báo này nghiên cứu mơ phỏng các thơng số của phoi hình thành khi phay cao tốc hợp kim nhôm
A6061 xét đến ảnh hưởng của chiều sâu và tốc độ cắt. Đầu tiên, một mơ hình phần tử hữu hạn mơ phỏng
q trình cắt được xây dựng trên phần mềm ABAQUS/ Explicit, sử dụng mơ hình phá hủy vật liệu BaoWierzbicki (B-W) với tiêu chí phá hủy Mohr-Coulomb. Để kiểm nghiệm tính chính xác của mơ hình phần tử
hữu hạn, chiều dày phoi xác định bằng mô hình này được so sánh với kết quả tính tốn chiều dày phoi sử
dụng cơng thức lý thuyết. Sau đó, ảnh hưởng của chiều sâu và tốc độc cắt đến bề dày, hệ số co rút và góc
biến dạng của phoi được khảo sát. Kết quả mô phỏng cho thấy chiều dày phoi giảm khi tăng tốc độ cắt.
Đồng thời, tăng tốc độ hoặc chiều sâu cắt làm giảm hệ số co rút phoi, nhưng lại làm tăng góc biến dạng
của phoi.
Từ khóa: Hệ số co rút phoi, mơ hình Bao-Wierzbicki, tiêu chí phá hủy Mohr-Coulomb, hợp kim nhơm
A6061, mơ phỏng q trình cắt.
1. Giới thiệu
Để phân tích, dự đốn các hiện tượng xảy ra
trong q trình gia cơng cao tốc thì mơ phỏng theo
phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) có thể được
sử dụng như một biện pháp thay thế cho q trình
thực nghiệm. Lợi ích của việc sử dụng mô phỏng
theo phương pháp phần tử hữu hạn cho khả năng
quan sát và dự báo một cách trực quan tại vùng cắt
về các đặc trưng như: ứng suất, biến dạng và các
trạng thái tiếp xúc khác nhau của dao – phoi, dao
- chi tiết gia công. Những đặc trưng này chính là
tiền đề để có thể dự báo chính xác một số các hiện

tượng xảy ra như lực cắt, nhiệt cắt trong q trình
gia cơng cao tốc. Ngày nay với sự phát triển của
công nghệ phần mềm mô phỏng và sự ra đời của
các siêu máy tính có cấu hình cao, dung lượng lớn là
tiền đề cho các sản phẩm thương mại trong việc sử
dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào mô phỏng.
Một số phần mềm thương mại như ABAQUS,
DEFORM, DYNAFORM.v.v được ứng dụng phổ
biến rộng rãi trong nhiều trường đại học, các viện
nghiên cứu và cơ sở sản xuất kinh doanh. Rất nhiều
nhà nghiên cứu đã tìm hiểu về cơ chế sự hình thành
phoi và đặc điểm của phoi liên quan đến điều kiện
cắt khi sử dụng phương pháp mô phỏng phần tử hữu
hạn, một số lượng lớn các nghiên cứu sử dụng mơ
hình Johson-Cook (J-C) [1]. Mơ hình J-C cùng với
sự kết hợp các tiêu chí vùng ứng suất Von-Mises,
biến dạng dẻo tương đương, tốc độ biến dạng và
nhiệt độ [2]. Một số tác giả đã sử dụng các mơ hình
phá hủy khác nhau để mơ phỏng q trình gia cơng

16

vật liệu chẳng hạn như các mơ hình biến dạng phá
hủy [3], [4]. Mơ hình của Wilkins [5], mơ hình sửa
đổi của Cockcroft-Latham [6]–[8], hoặc các mơ
hình nguồn, tất cả các mơ hình có thể dự đoán về
lực cắt, chiều dày phoi, ứng suất, biến dạng và nhiệt
độ...Mơ hình Bao-Wierzbicki (B-W) thường xun
được sử dụng với mục đích để kiểm tra đặc tính của
vật liệu [9]–[12]. Gần đây các nghiên cứu của Li

và các đồng nghiệp [13], [14] đã khảo sát lực cắt
và chiều dày phoi trong suốt q trình phay nhơm
Ti6Al4V và vật liệu Inconel 718 với việc sử dụng
mơ hình J-C để xác định ứng suất chảy sinh ra trong
q trình gia cơng. Như vậy việc sử dụng mơ hình
mơ phỏng theo phương pháp phần tử hữu hạn giúp
cho việc mơ tả q trình cắt ngày càng chính xác.
Sự đa dạng về kết quả đầu ra của q trình gia cơng
kim loại như lực cắt, ứng suất, nhiệt, hình dáng
phoi…có thể dự đốn bằng mô phỏng theo phương
pháp phần tử hữu hạn mà không cần đến những
thực nghiệm tương ứng [15]–[21]. Ở Việt Nam việc
sử dụng phương pháp phần tửu hữu hạn vào mô
phỏng q trình gia cơng vẫn cịn rất hạn chế và
chưa có nghiên cứu nào sử dụng mơ phỏng theo
phương pháp phần tử hữu hạn vào mơ tả và dự đốn
các hiện tượng xảy ra trong quá trình phay cao tốc
Trong nghiên cứu này, phương pháp phần tử
hữu hạn dựa trên mơ hình phá hủy sử dụng mơ hình
sửa đổi của Bao-Wierzbicki (B-W) từ mơ hình của
Mohr–Coulomb để mơ phỏng sự hình thành phoi,
xác định sự sai lệch hệ số co rút phoi giữa mơ phỏng
và tính tốn.

Khoa học & Cơng nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575

2. Vật liệu và mơ hình phá hủy B-W sửa đổi
2.1. Đặc tính của vật liệu
Bài tốn mơ phỏng và thực nghiệm đã được
áp dụng cho hợp kim nhôm A6061 với những đặc
tính được thể hiện ở Bảng 1. Hợp kim nhơm A6061
có đặc điểm nổi bật là hợp kim có tính linh hoạt cao
và khả năng chống ăn mịn tốt. Ngồi ra đây cũng là
một trong những hợp kim đa dụng, có độ bền cao,
và được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp.
Bảng 1. Đặc tính vật lý của hợp kim nhơm A6061
Vật liệu

Đặc tính

Giá trị

Mơ đun đàn hồi E (GPa)

2.7

Khối lượng riêng, t (kg/m )
3

7000

Mô đun đàn hồi trượt, G (Gpa)
Hệ số Poison v

69
0.33

2.2. Mơ hình phá hủy B-W
Chỉ tiêu phá hủy của mơ hình B-W sửa đổi
từ mơ hình Mohr-Coulomb (MM-C) là một chỉ tiêu
phá hủy được xem xét với một mục tiêu mô tả chỉ
tiêu phá hủy của chất rắn đồng chất và đẳng hướng.
Mô hình này có tính đến ảnh hưởng của góc Lodegóc này có vai trị quan trọng trong việc phá hủy
dẻo của kim loại. Đồng thời mơ hình xét tới mối
quan hệ của haitham số: chỉ số trạng thái ứng suất
và góc Lode. Mơ hình sửa đổi Mohr-Coulomb được
đưa ra dưới dạng sau [22], [23]:
Hằng số vật liệu được tính bởi cơng thức sau:
ff
dfr f
D= #
(1)
h, i)
f
(
0
Trong đó f f là biến dạng dẻo tương đương,
vH
là chỉ số trạng thái ứng suất, v H là ứng
h=
v
suất tương đương, i là tham số góc Lode và được
định nghĩa:
2
r 3
ir = 1 - r arccos ba k l

(2)
v
Trong đó r là ba giá trị bất biến của tenxo ứng suất.
1

-3
27
r = ; 2 ( v1 - v H ) ( v2 - v H ) ( v3 - v H )E

(3)

Công thức biến dạng phá hủy tương đương
được viết là:
3
A
ir
fr f ( h , ir ) = C =C3 +
(1 - C3 ) d sec b 6 l - 1 nG
2- 3
2
1
n

1 + C12
1
d
b ir l
b i r lnH4
.>
3 cos 6 + C1 h + 3 sin 6

(4)

Để đơn giản hóa mối quan hệ giữa h và góc
Lode là [24]:
27
r
- 2 h ( h2 - 13 ) = cos _3i i = sin a 2 i k
(5)
Lúc này biến dạng phá hủy được viết lại như sau:

Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017

1
-n

f2 G
1 + C12
A
4
f f ( h ) = * C f3 =
3 f1 + C1 ( h + 3 )
2

(6)

Trong đó các thơng số f được xác định như sau:
1
27
1

f1 = cos ( 3 arcsin ;- 2 h ( h2 - 3 )E2

(7)

1
27
1
f2 = sin ( 3 arcsin ;- 2 h ( h2 - 3 )E2

f3 = C3 +

3

2- 3

(8)

1
(1 - C3 ) ( f - 1)
1

(9)

Với A và C1, C2, C3 là các tham số liên quan
đến chức năng chỉ số biến dạng phá hủy và được
xác định bằng thực nghiệm.
Tham số A và ba tham số C1, C2, C3 liên quan
đến các hàm số được xác định từ hàng loạt các thí
nghiệm.
Hình 1 mơ tả dạng đường cong quỹ tích phá

hủy của mơ hình phá hủy (MM-C) theo phương
trình (4) cho hợp kim nhôm A6061 ứng với chỉ số
trạng thái ứng suất.

Hình 1. Đường cong phá hủy của hợp kim nhơm
A6061 dựa trên công thức (4)
Bảng 2. Thông số phá hủy vật liệu của nhơm A6061 [23]
A(MPa)

n

C1

C2 (MPa)

C3

438

0,07

0,06

288

0,93

Quỹ tích phá hủy ứng với chỉ số trạng thái
ứng suất h nằm trong khoảng 1/ 3 đến 2/3 thì
chỉ số trạng thái ứng suất là khoảng không đổi và

biến dạng tương đương tới phá hủy không vượt
quá 0,577. Vùng chỉ số trạng thái ứng suất 0 đến
1/3 tham số biến dạng tương đương tăng đến giá trị
0,414 bắt đầu trạng thái phá hủy.
3. Mơ phỏng q trình tạo phoi
3.1 Mơ hình mơ phỏng q trình tạo phoi khi gia
cơng hợp kim nhơm A6061
Q trình hình thành phoi khi gia cơng hợp

Journal of Science and Technology

17


ISSN 2354-0575
kim nhôm A6061 được mô phỏng bằng phần mềm
thương mại Abaqus/Explicit 6.13. Điều kiện biên và
phần tử lưới được thiết lập cho mơ hình mơ phỏng
2D được thể hiện trên Hình 2. Trong đó phơi cắt
được mơ hình hóa bằng 4 nút song tuyến (CPE4R),
dụng cụ cắt được coi là phần tử cứng.

như Hình 2.

Hình 2. Mơ hình phần tử hữu hạn trong q trình cắt

Trong đó: c là góc trước của dao, z là góc biến
dạng được xác định từ miền bắt đầu xảy ra biến
dạng so với mũi dụng cụ cắt như Hình 3.
Chiều dày phoi mơ phỏng được đo trên mặt

phẳng vng góc với mặt trước của dụng cụ cắt. Mô
phỏng xác định hệ số co rút phoi, chiều dày phoi ở
các tốc độ cắt 419, 565, 1000, 1256 m/phút và chiều
sâu cắt tương ứng 0,5; 1,0 và 1,5 mm. Kết quả tính
tốn và mơ phỏng được cho trên Bảng 3.
Từ kết quả trên Bảng 3 và Hình 4 cho thấy
xu thế ảnh hưởng của chiều dày phoi tính tốn ứng
chiều sâu cắt và vận tốc cắt khác nhau. Khi tăng tốc
độ cắt thì chiều dày phoi giảm và khi tăng chiều sâu
cắt thì chiều dày phoi lại tăng.

3.2. Sự biến dạng của phoi trong quá trình hình
thành
Phoi hình thành sau khi gia cơng có kích
thước thay đổi so với kích thước lớp phoi ban đầu.
Gọi chiều dày phoi được hình thành khi mơ phỏng
là tp-m như trên Hình 4.20. Sau khi mơ phỏng q
trình hình thành phoi, xác định được hệ số co rút
phoi và chiều dày phoi khi mô phỏng thông theo
công thức (10).
tp - m
(10)
K= t
Chiều dày phoi cịn được tính tốn (tp-t ) theo
góc biến dạng z của Merchant’s [25] chiều dày
phoi tính tốn thay đổi góc biến dạng, tốc độ cắt
và chiều sâu cắt khác nhau theo công thức (10). Và
được tính theo cơng thức (11).
cos c
n

t p - t = t . d sin a +
(11)
tan z

Phôi mô phỏng được phân chia thành 4 phần
được ký hiệu như sau: Phần 1 là dụng cụ cắt, phần
2 là chiều dày cắt, phần 3 là phần phá hủy, phần 4
là phôi nền. Phần phá hủy được mơ hình hóa bằng
ba lớp phần tử với tổng chiều dày lớn hơn bán kính
dụng cụ cắt. Lớp phoi được hình thành, biến dạng
chủ yếu từ lớp phoi chưa cắt (lớp chiều dày cắt) và
một phần được sinh ra từ các phần tử trong lớp phá
hủy, phần cịn lại sẽ bị phá hủy hoặc bị xóa. Mơ
phỏng phoi hình thành ở tốc độ cắt 1000 m/phút,
chiều dày cắt t có thể được thay đổi với góc trước
và góc sau của dụng cụ cắt tương ứng là 5o và 5o

Bảng 3. Chiều dày phoi trong quá trình mô phỏng
V (m/phút)
419

565

1000

1256

18

t (mm)

tpm (mm)

z (o)

K

tp-t (mm)

% Tt

0,5

0,870

32

1,74

0,841

0,034

1,0

1,540

33

1,54

1,62

0,049

1,5

2,145

34,5

1,43

2,23

0,038

0,5

0,835

33

1,67

0,812

0,028

1,0

1,550

34

1,55

1,56

0,006

1,5

2,115

35,5

1,41

2,223

0,049

0,5

0,693

36,5

1,39

0,716

0,033

1,0

1,381

39

1,38

1,317

0,049

1,5

2,034

39,5

1,36

1,943

0,047

0,5

0,658

40

1,32

0,637

0,033

1,0

1,414

37,5

1,35

1,233

0,021

1,5

2,052

38,5

1,35

1,79

0,021

Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
Xét ảnh hưởng tốc độ cắt đến hệ số co rút
phoi thể hiện trên Hình 5, ở cùng điều kiện cắt hệ
số co rút phoi ở tốc độ 419 m/phút so với hệ số co
rút phoi ở tốc độ cắt 1256 m/phút giảm 24,4% với
chiều sâu cắt 0,5 mm, giảm 16,2% khi cắt với chiều
sâu cắt là 1 mm, và giảm 17,4% khi chiều sâu cắt
1,5 mm.

Hình 3. Phoi được hình thành khi mơ phỏng
Chiều dày phoi tp-t lớn nhất 2,145 mm ứng
với tốc độ cắt 419 m/phút và chiều sâu cắt 1,5 mm.
Chiều dày phoi tp-t nhỏ nhất 0,6585 mm ứng với
vận tốc cắt 1256 m/phút và chiều sâu cắt 0,5 mm.
Quy luật biến dạng này được coi là phù hợp với
đặc tính biến dạng của vật liệu gia công. Để minh
chứng sự phù hợp này xét phần trăm sai lệch giữa
chiều dày phoi tính tốn (tp-t) và chiều dày phoi mô
phỏng (tp-m), phần trăm sai lệch được tính theo cơng
thức (12).

tp - t - tp - m
(12)
% Dt =
. 100 %
t
p-t

Từ phần trăm sai lệch giữa tính tốn và mơ
phỏng (Bảng 3) thấy rằng sai lệch khơng vượt quá
!5% ở tất cả các trường hợp. Cụ thể sai lệch lớn
nhất là 4,9% ứng với tốc độ cắt sai lệch nhỏ nhất là
2,1%. Như vậy chiều dày phoi khi mơ phỏng so với
chiều dày phoi tính tốn là hồn tồn tương đồng và
sự biến dạng trong mơ hình mơ phỏng được coi là
phù hợp với thuộc tính của vật liệu.

Hình 5. Sự thay đổi hệ số co rút phoi theo với các
vận tốc khác nhau
Chiều sâu cắt cũng ảnh hưởng đến hệ số co
rút phoi, khi thay đổi chiều sâu cắt từ 0,5 mm đến
1,5 mm hệ số co rút phoi giảm 17,8% ở tốc độ cắt
419 m/phút, giảm 15,6% ở tốc độ cắt 659 m/phút,
giảm 2,1% khi tốc độ cắt 1000 m/phút, giảm 1,03%
khi tốc độ cắt 1256 m/phút.
4. Kết luận
Nghiên cứu đã áp dụng mơ hình phá
hủy Bao-Wierzbicki (B-W) sửa đổi từ mơ hình
Mohr-Coulomb để dự báo q trình hình thành phoi
khi phay hợp kim nhơm A6061 ở tốc độ khác nhau.
Kết quả dự báo bằng mô phỏng đã được so sánh với

công thức lý thuyết tại các dải vận tốc khác nhau
và chiều dày cắt thay đổi. Sai lệch kết quả giữa mô
phỏng và thực nghiệm đạt từ 2,1 - 4,9% đã chứng
minh sự đúng đắn của mô phỏng so với lý thuyết.
Ảnh hưởng của vận tốc cắt và chiều dày cắt đến hệ
số co rút phoi (K) cũng được khảo sát, cho thấy: tốc
độ cắt tăng hệ số K sẽ tăng tỉ lệ thuận; trong khi đó
tăng chiều dày cắt sẽ có khuynh hướng giảm hệ số
K.
Lời thừa nhận: “Nghiên cứu này được
tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ
Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 107.022016.01”.

Hình 4. Chiều dày phoi khi mô phỏng với các tốc
độ khác nhau

Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017

Journal of Science and Technology

19


ISSN 2354-0575
Tài liệu tham khảo
[1]. T. Data, “Fracture Characteristics of Three Matals Subjected to Various Strains, Strain Rates,
Temperature and Perssures,” Eng. Mech., vol. 21, no. I, 1985.
[2]. M. S. Swan, “Incorporation of a General Strain-to - failure Fracture Criterion into a Stress
based Plasticty Model through a Time to Failure by,” Thesis Mech. Eng. - Univ. Utah, USA., no.
May, 2012.

[3]. O. Article, “On Predicting Chip Morphology and Phase Transformation in Hard Machining,”
Int Adv Manuf Technol, pp. 645–654, 2006.
[4]. J. Shi and C. R. Liu, “Flow Stress Property of a Hardened Steel at Elevated Ttemperatures with
Tempering e ect,” Int. J. Mech. Sci., vol. 46, pp. 891–906, 2004.
[5]. M. L. Wilkins, R. D. Streit, and J. E. Reaugh, “Cumulative-Strain-Damage Model of Ductile
Fracture: Simulation and Prediction of Engineering Fracture Tests,” Lawrence Livermore Natl.
Lab., pp. 1–68, 1980.
[6]. D. J. L. M.G.Cockcroft, “Ductility and the Workability of Metals .pdf.” p. J Inst Metals, 1968.
[7]. E. Ceretti, M. Lucchi, and T. Altan, “FEM Simulation of Orthogonal Cutting: Serrated Chip
Formation,” Juornal Mater. Process. Technol., vol. 95, pp. 17–26, 1999.
[8]. J. Lorentzon, N. Järvstråt, and B. L. Josefson, “Journal of Materials Processing Technology
Modelling Chip Formation of Alloy 718,” J. Mater. Process. Technol., vol. 209, pp. 4645–4653, 2009.
[9]. A. Gilioli, A. Manes, M. Giglio, and T. Wierzbicki, “Predicting Ballistic Impact Failure of Aluminium 6061-T6 with the Rate-independent Bao-Wierzbicki Fracture Model,” International Journal
of Impact Engineering, vol. 76. pp. 207–220, 2015.
[10]. M. Giglio, A. Manes, and F. Viganò, “Numerical Simulation of the Slant Fracture of a
Helicopter’s Rotor Hub with Ductile Damage Failure Criteria,” Fatigue Fract. Eng. Mater. Struct.,
vol. 35, no. 4, pp. 317–327, 2012.
[11]. R. Stringfellow and C. Paetsch, “Modeling Material Failure During Cab Car End Frame
Impact,” in 2009 Joint Rail Conference, 2009, pp. 183–192.
[12]. X. Teng and T. Wierzbicki, “Effect of Fracture Criteria on High Velocity Perforation of Thin
Beams.,” Int. J. Comput. Methods, vol. 1, no. 1, pp. 171–200, Jun. 2004.
[13]. H. Z. Li and J. Wang, “A Cutting Fforces Model for Milling Inconel 718 Alloy based on A
Material Constitutive Law,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part C J. Mech. Eng. Sci., vol. 227, no. 8, pp.
1761–1775, 2013.
[14]. Y. Chen, H. Li, and J. Wang, “Analytical Modelling of Cutting Forces in Near-orthogonal
Cutting of Titanium Alloy Ti6Al4V,” Proc. Inst. Mech. Eng. Part C J. Mech. Eng. Sci., vol. 229, no.
6, pp. 1122–1133, 2015.
[15]. M. H. Ali, B. a. Khidhir, M. N. M. Ansari, and B. Mohamed, “FEM to Predict the Effect of
Feed Rate on Surface Roughness with Cutting Force during Face Milling of Titanium Alloy,” HBRC
J., vol. 9, no. 3, pp. 263–269, 2013.

[16]. X. Cui, B. Zhao, F. Jiao, and J. Zheng, “Chip Formation and its Effects on Cutting Force, Tool
Temperature, Tool Stress, and Cutting Edge Wear in High- and Ultra-high-speed Milling,” Int. J.
Adv. Manuf. Technol., vol. 83, no. 1–4, pp. 55–65, 2016.
[17]. A. Davoudinejad, E. Chiappini, S. Tirelli, M. Annoni, and M. Strano, “Finite Element Simulation and Validation of Chip Formation and Cutting Forces in Dry and Cryogenic Cutting of Ti-6Al4V,” Procedia Manuf., vol. 1, pp. 728–739, 2015.
[18]. D. Xu, P. Feng, W. Li, and Y. Ma, “An Improved Material Constitutive Model for Simulation of
High-speed Cutting of 6061-T6 Aluminum Alloy with High Accuracy,” Int. J. Adv. Manuf. Technol.,
vol. 79, no. 5–8, pp. 1043–1053, 2015.
[19]. M. Bäker, “Finite Element Simulation of High-speed Cutting Forces,” J. Mater. Process.
Technol., vol. 176, no. 1–3, pp. 117–126, 2006.
[20]. J. P. Davim, C. Maranhão, M. J. Jackson, G. Cabral, and J. Grácio, “FEM Snalysis in High Speed
Machining of Aluminium Alloy (Al7075-0) using Polycrystalline Diamond (PCD) and Cemented
Carbide (K10) Cutting Tools,” Int. J. Adv. Manuf. Technol., vol. 39, no. 11–12, pp. 1093–1100, 2008.
[21]. M. H. Ali, B. a. Khidhir, B. Mohamed, and a. a. Oshkour, “Prediction of High Cutting Speed
Parameters for Ti-6Al-4V by Using Finite Element Modeling,” Int. J. Model. Optim., vol. 2, no. 1,
pp. 31–35, 2012.

20

Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
[22]. Y. Bai and T. Wierzbicki, “Application of extended Mohr-Coulomb Criterion to Ductile
Fracture,” Int. J. Fract., vol. 161, no. 1, pp. 1–20, 2010.
[23]. Y. Li, T. Wierzbicki, M. A. Sutton, J. Yan, and X. Deng, “Mixed Mode Stable Tearing of Thin
Sheet AI 6061-T6 Specimens: Experimental Measurements and Finite Element Simulations using a
Modified Mohr-Coulomb Fracture Criterion,” Int. J. Fract., vol. 168, no. 1, pp. 53–71, 2011.
[24]. A. M. Beese, M. Luo, Y. Li, Y. Bai, and T. Wierzbicki, “Partially Coupled Anisotropic Fracture

Model for Aluminum Sheets,” Eng. Fract. Mech., vol. 77, no. 7, pp. 1128–1152, 2010.
[25]. M. E. Merchant, “Mechanics of the Metal Cutting Process. I. Orthogonal Cutting and a Type
2 Chip,” J. Appl. Phys., vol. 16, no. 5, pp. 267–275, 1945.
SIMULATION STUDY TO VERIFY THE EFFECT OF CUTTING PARAMETERS ON CHIP
SHINKEGE COEFICIENT DURING MACHINING PROCESS OF ALUMINUM ALLOY
Abstract:
This paper presents a numerical study onparameters of thechip producedin high-speed milling of
aluminum alloy considering the effect of cutting depth and speed.First, a finite element model was created
by the ABAQUS / Explicit finite element simulation software, based onthe Bao-Wierzbicki (B-W) fracture
model with modified Mohr-Coulomb criterion. The model verification was made by comparing the simulated
chip thickness to that obtained by theoretical formulae. Then, the effect of cutting depth and speed on the
chip thickness, chip shrinkage coefficient and shear angle of chip were investigated. The simulation results
showed that the chip thickness reduced with increasing cutting speed. In addition, increasing cutting speed
or cutting depth reduces the chip shrinkage coefficient, but increases the the shear angle of chip.
Keywords: Chip shrinkage coefficient, the Bao-Wierzbicki fracture model, modified Mohr-Coulomb criteria,
A6061 aluminum alloy, simulation of the cutting process.

Khoa học & Công nghệ - Số 15/Tháng 9 - 2017

Journal of Science and Technology

21