高速切削鋸齒形切屑的實(shí)驗(yàn)研究與本構(gòu)建模.pdf

1、難加工材料以其優(yōu)異的綜合機(jī)械性能已成為航空航天工業(yè)以及民用工業(yè)中應(yīng)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(jìn)一步推廣應(yīng)用.如何實(shí)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(yīng)用中亟待解決的問(wèn)題。高速切削加工是解決難加工材料加工困難問(wèn)題的最有效加工技術(shù)之一,難加工材料高速切削機(jī)理在高速切削基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域中占有重要的地位。本文采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法,對(duì)鈦合金Ti6Al4V和高強(qiáng)度H13淬硬鋼在高

2、應(yīng)變速率下的本構(gòu)建模以及正交切削時(shí)鋸齒形切屑形成機(jī)理進(jìn)行了研究。主要?jiǎng)?chuàng)新性研究工作如下:
　　 1.通過(guò)對(duì)高強(qiáng)度淬硬鋼H13材料的正交切削實(shí)驗(yàn)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(méi)有組織轉(zhuǎn)變特征的形變帶和組織明顯細(xì)化的轉(zhuǎn)變帶。形變帶產(chǎn)生的機(jī)制為塑性變形,轉(zhuǎn)變帶產(chǎn)生的機(jī)制主要為再結(jié)晶、相

3、交和元素?cái)U(kuò)散。對(duì)切屑的顯微組織觀察和硬度測(cè)量分析表明,帶狀切屑與鋸齒形切屑在形成機(jī)理上存在明顯區(qū)別；形變帶的硬度來(lái)自于加工硬化,轉(zhuǎn)變帶的硬度來(lái)自于相變硬化.
　　 2.結(jié)合高應(yīng)變率條件下的絕熱剪切理論,使用電子探針對(duì)H13淬硬鋼材料絕熱剪切帶附近的微區(qū)進(jìn)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(kuò)散。
　　 3.應(yīng)用Hopkinson壓桿實(shí)驗(yàn)裝置,獲得了Ti6Al4V和H13淬硬

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