Finite Element Analysis of Orthogonal Cutting Forces in Machining AISI 1020 Steel by Using a Carbide Tip Tool

Abstract

Force modeling in metal cutting is important for various purposes, including thermal analysis, tool life estimation, chatter prediction, and tool condition monitoring. Numerous approaches have been proposed to model metal cutting forces with various degrees of success. In addition to the effect of work piece materials, cutting parameters, and process configurations, cutting tool thermal properties can also contribute to the level of cutting forces. The process of orthogonal metal cutting is studied with the finite element method under plane strain conditions. A numerical procedure has been developed for simulating orthogonal metal cutting using a general-purpose finite element method. The focus of the results presented in this work is on the effect of forces on the tool by variation of cutting parameters. The result is simulated with the analytical value for evolution of effective force for cutting material under various cutting condition.

Моделювання сил різання металу має важливе значення для різних цілей, включаючи термічний аналіз, оцінку ресурсу інструменту, прогнозування ресурсу і моніторинг стану інструменту. Запропоновано числові методи моделювання сил різання металевих заготовок. Додатково встановлені параметри процесу різання деталей, що обробляються, теплові властивості різального інструменту. Процес ортогонального різання металу досліджується методом скінченних елементів для моделювання ортогонального різання сталей загального призначення. Основна увага приділена результатам щодо впливу сил різання на інструмент при зміни параметрів різання. Результати визначаються як аналітично так і числовими методами для заданої сили різання металу з різними параметрами процесу.