難加工金屬材料切削加工過(guò)程物理仿真與試驗(yàn)研究.pdf

1、切削加工過(guò)程物理仿真能預(yù)測(cè)真實(shí)切削狀態(tài)下刀具的切削力及切削溫度、工件的殘余應(yīng)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(shí)驗(yàn)費(fèi)用。為更精確地模擬切削加工過(guò)程，本文對(duì)影響切削過(guò)程物理仿真精度的關(guān)鍵技術(shù)-刀具/切屑摩擦模型及材料失效準(zhǔn)則進(jìn)行了改進(jìn)，并將其用于難加工材料鈦合金Ti-6Al-4V的車削過(guò)程及難加工材料Cr12MoV淬硬模具鋼的球頭銑削過(guò)程物理仿真模型中。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　

2、將斷裂力學(xué)的裂紋擴(kuò)展能量理論作為材料損傷演化準(zhǔn)則引入切削仿真，使材料失效準(zhǔn)則的取值具有規(guī)范性且更符合切削過(guò)程的物理本質(zhì)。通過(guò)考慮刀具/切屑接觸面上的極限剪切應(yīng)力隨摩擦系數(shù)變化、摩擦系數(shù)隨溫度而變化，改進(jìn)了刀具/切屑摩擦模型。
　　 通過(guò)對(duì)三維外圓車削過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了鈦合金二維正交平面應(yīng)變切削幾何模型。基于該幾何模型及改進(jìn)的材料失效準(zhǔn)則、刀具/切屑摩擦模型，建立了鈦合金車削過(guò)程有限元物理仿真模型;進(jìn)行了車削試驗(yàn)與切屑金相觀察試

3、驗(yàn)，結(jié)果表明仿真與試驗(yàn)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(yù)測(cè)精度。通過(guò)比較不同切削參數(shù)組合試驗(yàn)所產(chǎn)生的切屑微觀形態(tài)，得到了切削速度及進(jìn)給量對(duì)鋸齒切屑幾何形態(tài)的影響規(guī)律。取3個(gè)不同的前角進(jìn)行仿真，得出了車刀前角對(duì)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(shí)際加工工序分進(jìn)刀、退刀、卸載、冷卻四個(gè)步驟，模擬了切削加工過(guò)程工件的殘余應(yīng)力分布及變化趨勢(shì)。
　　 基于球頭立銑刀CAD模型

4、及改進(jìn)的材料失效準(zhǔn)則、刀具/切屑摩擦模型，建立了淬硬模具鋼Cr12MoV球頭銑削過(guò)程物理仿真模型;進(jìn)行了Cr12MoV模具鋼的球頭銑削試驗(yàn)，結(jié)果表明仿真與試驗(yàn)的銑削力誤差在15％以內(nèi)，證明該球頭銑削過(guò)程物理仿真模型能較精確地預(yù)測(cè)銑削力。建立了球頭銑削過(guò)程銑削力理論預(yù)測(cè)值關(guān)于6個(gè)切削力系數(shù)及刀具旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系式。采用所建立的球頭銑削物理仿真模型進(jìn)行多組不同銑削參數(shù)的仿真試驗(yàn)，對(duì)預(yù)測(cè)的切削力進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到3個(gè)剪切力系數(shù)，可克服傳統(tǒng)的需要