高速干硬切削表面變質(zhì)層動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的有限元-元胞自動(dòng)機(jī)耦合模擬與預(yù)測.pdf

1、在高速硬態(tài)干式切削加工過程中，由于多場耦合的強(qiáng)作用，工件和刀具處在局部高應(yīng)力、高應(yīng)變、高應(yīng)變率及高溫下的高速瞬態(tài)變化狀態(tài)下，這就帶來了很多新機(jī)理研究和對(duì)傳統(tǒng)切削機(jī)理的突破性挑戰(zhàn)。大量的研究表明，高速干硬切削已加工表面存在變質(zhì)層。因此，研究切削變形區(qū)高溫高應(yīng)變率下材料的微觀組織演變規(guī)律對(duì)于弄清高速干硬切削表面的形成機(jī)理具有重要意義。
　　本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，通過對(duì)淬硬GCr15鋼和45鋼兩種材料進(jìn)行研究，探尋材料

2、內(nèi)部的微觀晶粒演化規(guī)律，從而為高速切削加工生產(chǎn)實(shí)踐中合理選擇加工參數(shù)、控制變質(zhì)層形成以及優(yōu)化高速切削過程提供理論依據(jù)。主要內(nèi)容如下:
　　采用分離式霍普金森壓桿進(jìn)行了淬硬GCr15鋼和45鋼的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，得到了它們?cè)诟邷睾透邞?yīng)變率下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。通過分析得到的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，結(jié)合材料學(xué)的微觀分析，建立了兩種材料的動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)方程，并且建立了淬硬GCr15鋼和45鋼高溫、高速變形、熱力耦合條件下材料動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)模型

3、，為元胞自動(dòng)機(jī)模擬高速切削條件下變質(zhì)層微觀組織演化提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和參數(shù)。
　　對(duì)淬硬GCr15鋼和45鋼進(jìn)行高速切削實(shí)驗(yàn)，對(duì)獲得的已加工表面進(jìn)行微觀觀察，使用掃描電鏡(SEM)觀察變質(zhì)層是否存在分層現(xiàn)象，并分析各個(gè)層的微結(jié)構(gòu)特征和厚度，探究不同加工條件對(duì)變質(zhì)層的影響。利用ABAQUS有限元分析軟件分別對(duì)淬硬GCr15鋼和45鋼進(jìn)行高速切削有限元模擬，提取不同切削條件下的溫度數(shù)據(jù)和應(yīng)力應(yīng)變等數(shù)據(jù)。
　　利用MATLAB語言編程，

4、把高溫高應(yīng)變率下淬硬GCr15鋼和45鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶演變規(guī)律轉(zhuǎn)化為元胞自動(dòng)機(jī)中的計(jì)算法則，并將有限元模擬得到的數(shù)據(jù)耦合到模型中，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速切削條件下表面變質(zhì)層動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒長大微觀演化的模擬。對(duì)高速切削實(shí)驗(yàn)得到的試件進(jìn)行XRD衍射實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出表面變質(zhì)層晶粒大小，將得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與所建立的有限元-元胞自動(dòng)機(jī)模型的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的正確性與準(zhǔn)確性。
　　根據(jù)有限元-元胞自動(dòng)機(jī)模型所得的模擬結(jié)果，探討不同高速切削條件下（刀具后