鋁合金切削表面位錯(cuò)密度和晶粒細(xì)化的研究.pdf

1、工件已切削表面的微觀組織對(duì)工件的疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕強(qiáng)度和抗磨損強(qiáng)度等性能有非常重要的影響。已切削表面微觀組織相對(duì)基體組織發(fā)生明顯改變,從微觀組織的角度研究工件表面完整性如白層、微硬度和殘余應(yīng)力等對(duì)研究表面完整性與加工條件的關(guān)系意義重大。但是目前對(duì)切削表面微觀組織演變的模型以及其與工件表面性能的關(guān)系的研究還很欠缺。
　　論文旨在研究鋁合金 Al6061-T6切削表面位錯(cuò)密度和晶粒尺寸的演變,建立基于Abaqus軟件的正交切削有限元模型

2、,耦合基于位錯(cuò)密度的微觀組織預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)切削力、切屑形態(tài)、切削溫度和位錯(cuò)密度與晶粒尺寸的預(yù)測(cè)。采用正交切削實(shí)驗(yàn)及金相實(shí)驗(yàn)對(duì)有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　首先,基于Abaqus軟件建立鋁合金 Al6061-T6的正交切削有限元模型。根據(jù)鋁合金自身的材料屬性和加工性能,選擇合理的材料模型、摩擦模型和有限元建模方法,討論極限剪切應(yīng)力、摩擦系數(shù)和熱分配系數(shù)對(duì)切削力、切屑形態(tài)和切削溫度的影響。選擇合理的微觀組織演

3、變模型,描述切削過程中切屑和切削表面位錯(cuò)密度和晶粒尺寸的演變。將基于位錯(cuò)密度的微觀組織預(yù)測(cè)模型以用戶自定義子程序的形式嵌入正交切削有限元模型中,建立“力、熱、微觀組織”耦合有限元模型。
　　其次,進(jìn)行鋁合金 Al6061-T6正交切削實(shí)驗(yàn),測(cè)量切削力、切屑形態(tài),觀察切削表面和切屑的微觀金相,分析切屑和切削表面微觀組織的改變。對(duì)比實(shí)驗(yàn)值和仿真值,通過調(diào)整極限剪切應(yīng)力、摩擦系數(shù)和熱分配系數(shù)以及微觀組織預(yù)測(cè)模型中的各個(gè)參數(shù),實(shí)現(xiàn)有限元模

4、型的可靠性驗(yàn)證。結(jié)果表明:極限剪切應(yīng)力、摩擦系數(shù)直接影響切削力、切屑厚度、切削溫度,切削力和切屑厚度以及切削溫度均隨極限剪切應(yīng)力和摩擦系數(shù)的增大而增大。通過切削力和切屑形態(tài)的實(shí)驗(yàn)值可以確定一定切削條件下的極限剪切應(yīng)力和摩擦系數(shù)。形變場(chǎng)和溫度場(chǎng)決定了切屑和切削表面位錯(cuò)密度和晶粒尺寸的分布規(guī)律。
　　最后,基于該有限元模型,分析了切削參數(shù)、刀具和溫度對(duì)切削表面位錯(cuò)密度和晶粒尺寸分布的影響。結(jié)果表明:不同切削速度下位錯(cuò)密度最大的區(qū)域位于

5、第二變形區(qū)。切削表面位錯(cuò)密度接近第一變形區(qū)位錯(cuò)密度,并且沿著深度方向逐漸減小,晶粒尺寸呈現(xiàn)相似的分布規(guī)律。一定進(jìn)給量下,切削表面位錯(cuò)密度隨切削速度的增大而減小,晶粒尺寸隨切削速度的增大而增大,變形層厚度隨切削速度增大而減小;一定切削速度下,切削表面位錯(cuò)密度隨進(jìn)給量的增大先減小后增大,晶粒尺寸隨進(jìn)給量的增大先增大后減小,變形層厚度隨進(jìn)給量的增大先增大后減小。較小的刀具前角可以顯著增加第一變形區(qū)的塑性變形,因此切削表面位錯(cuò)密度隨刀具前角減小

6、而增大,晶粒尺寸隨之減小,變形層厚度隨刀具前角的增大而減小;刀刃圓角半徑越大,對(duì)切削表面的犁削作用越明顯,切削表面位錯(cuò)密度隨刀刃圓角半徑的減大而增大,晶粒尺寸隨之減小,變形層隨刀刃圓角半徑的增大而增大。增大工件與環(huán)境的熱對(duì)流系數(shù),使得切削溫度快速降低,一方面減小材料的溫度軟化作用,改變切削表面的塑性變形層厚度,另一方面減小晶粒的動(dòng)態(tài)回復(fù),因此切削表面位錯(cuò)密度隨熱對(duì)流系數(shù)的增大而增大,晶粒尺寸隨熱對(duì)流系數(shù)的增大而減小,變形層厚度隨熱對(duì)流系