難加工金屬材料切削加工過程物理仿真與試驗研究.pdf

1、切削加工過程物理仿真能預測真實切削狀態(tài)下刀具的切削力及切削溫度、工件的殘余應力及切屑形態(tài)等重要物理量，為優(yōu)化切削用量及刀具幾何參數(shù)提供了一種新方法，能有效降低試切實驗費用。為更精確地模擬切削加工過程，本文對影響切削過程物理仿真精度的關鍵技術-刀具/切屑摩擦模型及材料失效準則進行了改進，并將其用于難加工材料鈦合金Ti-6Al-4V的車削過程及難加工材料Cr12MoV淬硬模具鋼的球頭銑削過程物理仿真模型中。主要研究內(nèi)容如下:
　　

2、將斷裂力學的裂紋擴展能量理論作為材料損傷演化準則引入切削仿真，使材料失效準則的取值具有規(guī)范性且更符合切削過程的物理本質(zhì)。通過考慮刀具/切屑接觸面上的極限剪切應力隨摩擦系數(shù)變化、摩擦系數(shù)隨溫度而變化，改進了刀具/切屑摩擦模型。
　　 通過對三維外圓車削過程進行簡化，建立了鈦合金二維正交平面應變切削幾何模型?；谠搸缀文Ｐ图案倪M的材料失效準則、刀具/切屑摩擦模型，建立了鈦合金車削過程有限元物理仿真模型;進行了車削試驗與切屑金相觀察試

3、驗，結果表明仿真與試驗的切削力及切屑形態(tài)吻合程度較高，證明該車削物理仿真模型具有一定的預測精度。通過比較不同切削參數(shù)組合試驗所產(chǎn)生的切屑微觀形態(tài)，得到了切削速度及進給量對鋸齒切屑幾何形態(tài)的影響規(guī)律。取3個不同的前角進行仿真，得出了車刀前角對切屑卷曲及局部變形程度、剪切角、鋸齒幾何、刀具溫度的影響規(guī)律。按照實際加工工序分進刀、退刀、卸載、冷卻四個步驟，模擬了切削加工過程工件的殘余應力分布及變化趨勢。
　　 基于球頭立銑刀CAD模型

4、及改進的材料失效準則、刀具/切屑摩擦模型，建立了淬硬模具鋼Cr12MoV球頭銑削過程物理仿真模型;進行了Cr12MoV模具鋼的球頭銑削試驗，結果表明仿真與試驗的銑削力誤差在15％以內(nèi)，證明該球頭銑削過程物理仿真模型能較精確地預測銑削力。建立了球頭銑削過程銑削力理論預測值關于6個切削力系數(shù)及刀具旋轉(zhuǎn)角度的關系式。采用所建立的球頭銑削物理仿真模型進行多組不同銑削參數(shù)的仿真試驗，對預測的切削力進行數(shù)據(jù)擬合，得到3個剪切力系數(shù)，可克服傳統(tǒng)的需要