基于韌性失效的航空輕合金切削機理研究.pdf

1、鈦合金、鋁合金等輕質(zhì)合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工以及民用領(lǐng)域。航空結(jié)構(gòu)件的加工需要較高的加工精度和加工效率。研究航空鈦合金、鋁合金的加工機理(切屑形態(tài)、切削力、溫度等)，對提高航空航天工業(yè)以及其他相關(guān)行業(yè)的制造技術(shù)水平具有重要的意義。
　　 本文首先分析了熱彈塑性條件下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系?；诓牧享g性失效過程的應(yīng)力應(yīng)變曲線，建立了能量法韌性失效材料模型。采用Johnson-Cook材料模型表征切削過程中的塑性變形屬性：應(yīng)用韌性失效

2、初始和演化準則表征材料韌性失效過程。
　　 采用能量法的韌性失效模型對鈦合金Ti-6Al-4V正交切削過程進行了有限元仿真，仿真結(jié)果顯示模型網(wǎng)格特征尺寸對仿真的切削力和切屑形態(tài)具有較大的影響。為消除特征尺寸對仿真結(jié)果的影響，建立了韌性失效能密度法的韌性失效準則。為金屬切削過程有限元仿真提供了有效的材料建模方法。
　　 設(shè)計了鈦合金Ti-6Al-4V正交切削試驗，并制作了切屑截面的金相觀測試樣，分析了切屑的特征尺寸隨切削參

3、數(shù)的變化趨勢。采用基于韌性失效的有限元模型對鈦合金切屑形成過程進行數(shù)值模擬。仿真獲得的切削力和切屑形態(tài)與試驗值吻合較好，驗證了模型的有效性。同時，對超高速條件下的鈦合金切削過程進行了有限元仿真，預測了超高速條件下的切屑特征尺寸的變化規(guī)律。
　　 利用鈦合金切削仿真結(jié)果，分析了鋸齒狀切屑絕熱剪切帶中的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、應(yīng)變梯度和溫度梯度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變對溫度、應(yīng)變梯度對溫度梯度具有“同趨勢，略滯后”的現(xiàn)象。從微觀熱、力分析的角度，

4、證明了鋸齒狀切屑的形成是由于材料沿剪切帶的熱軟化作用大于應(yīng)變強化作用造成的，為Ti-6Al-4V合金鋸齒狀切屑形成的熱塑性失穩(wěn)理論提供了新的證據(jù)。
　　 采用韌性失效材料模型，進行了鋁合金2Al2微切削過程的有限元仿真，提取了微切削過程的穩(wěn)態(tài)特征，為準確分析微切削機理提供了保障。采用快速響應(yīng)自更新型熱電偶，設(shè)計了鋁合金微切削測溫試驗，同時獲得了刀尖與工件表面的溫度。分析了切削條件對刀尖和工件表面的影響。并采用微切削有限元仿真對切