高速切削鋸齒形切屑的實驗研究與本構建模.pdf

1、難加工材料以其優(yōu)異的綜合機械性能已成為航空航天工業(yè)以及民用工業(yè)中應用前景極其廣泛的材料,然而由于其切削加工性差,制約了材料的進一步推廣應用.如何實現(xiàn)難加工材料的高效低耗切削加工成為難加工材料推廣應用中亟待解決的問題。高速切削加工是解決難加工材料加工困難問題的最有效加工技術之一,難加工材料高速切削機理在高速切削基礎理論研究領域中占有重要的地位。本文采用理論分析、實驗研究與數(shù)值仿真相結合的方法,對鈦合金Ti6Al4V和高強度H13淬硬鋼在高

2、應變速率下的本構建模以及正交切削時鋸齒形切屑形成機理進行了研究。主要創(chuàng)新性研究工作如下:
　　 1.通過對高強度淬硬鋼H13材料的正交切削實驗研究,揭示了絕熱剪切行為和切屑演變規(guī)律。隨切削速度逐步提高,切屑形態(tài)經(jīng)歷了帶狀切屑、形變帶鋸齒形切屑、轉(zhuǎn)變帶鋸齒形切屑和斷裂鋸齒形切屑四種狀態(tài).鋸齒形切屑中存在兩種形式的絕熱剪切帶,沒有組織轉(zhuǎn)變特征的形變帶和組織明顯細化的轉(zhuǎn)變帶。形變帶產(chǎn)生的機制為塑性變形,轉(zhuǎn)變帶產(chǎn)生的機制主要為再結晶、相

3、交和元素擴散。對切屑的顯微組織觀察和硬度測量分析表明,帶狀切屑與鋸齒形切屑在形成機理上存在明顯區(qū)別；形變帶的硬度來自于加工硬化,轉(zhuǎn)變帶的硬度來自于相變硬化.
　　 2.結合高應變率條件下的絕熱剪切理論,使用電子探針對H13淬硬鋼材料絕熱剪切帶附近的微區(qū)進行了成分分析,發(fā)現(xiàn)帶內(nèi)碳元素含量偏低,表明絕熱剪切帶內(nèi)發(fā)生了碳化物析出和C原子的短程擴散。
　　 3.應用Hopkinson壓桿實驗裝置,獲得了Ti6Al4V和H13淬硬

4、鋼材料在較寬溫度和較高應變率范圍內(nèi)的應力應變曲線,基于遺傳算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡建立了材料的本構關系模型,所建本構模型精度高,能較好預測材料的流動應力,從而為有限元模擬提供了重要和可靠的材料本構數(shù)據(jù)來源。提出了一種行之有效的高速切削加工過程材料本構建模方法。
　　 4.采用有限元ABAQUS軟件,對Ti6Al4V鈦合金高速正交切削過程進行了有限元仿真研究。通過有限元分析得出了鋸齒形切屑的形成機理為:由于刃口處工件材料在高溫下軟化,發(fā)