鈦合金Ti6Al4V切屑形成過程的實(shí)驗(yàn)研究與有限元模擬.pdf

1、鈦合金以優(yōu)異的物理特性迅速成為最重要的工程材料之一，但較差的切削性能使其成為典型的難加工材料，而且鋸齒形切屑是其最常見的切屑形態(tài)。所以，本課題以鈦合金Ti6Al4V為研究對象，采用切削試驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法，對鋸齒形切屑形成過程、鋸齒形切屑的幾何表征與刀具前角和切削用量之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。
　　首先，通過鈦合金Ti6Al4V的直角自由切削試驗(yàn)，對切削力和鋸齒形切屑幾何表征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：隨進(jìn)給量的增大，切削力也增大但

2、增長速率緩慢減?。浑S背吃刀量的增加，切削力呈正比增加；隨切削速度提高，切削力呈緩慢減小趨勢；隨刀具前角的減小，切削力逐漸增大且對進(jìn)給力的影響更加顯著。鋸齒化程度隨著切削速度和進(jìn)給量的增加而增大，隨著刀具前角的減小而增大。鋸齒化頻率隨切削速度的提高而增大，隨著進(jìn)給量的增加和刀具前角的減小而逐漸減小。
　　其次，對不同切削條件下鋸齒形切屑的微觀形貌進(jìn)行分析和研究。結(jié)果表明：隨著鋸齒形切屑變形程度的增加，絕熱剪切帶內(nèi)組織特征由形變帶向轉(zhuǎn)

3、變帶轉(zhuǎn)化；由于絕熱剪切帶內(nèi)應(yīng)變分布不均勻，其寬度由刀尖至切屑自由表面逐漸減小。鋸齒形切屑頂部裂紋形成于絕熱剪切帶與下一個梯形基塊交界處，并沿絕熱剪切帶向刀尖方向擴(kuò)展；刀具前角對裂紋影響較顯著，刀具前角為10°時，裂紋更加明顯。
　　最后，利用有限元軟件ABAQUS建立鈦合金Ti6Al4V正交切削的有限元模型，通過切削力和切屑形態(tài)驗(yàn)證有限元模型的合理性；基于對有限元模擬結(jié)果分析，深入研究了由鋸齒雛形、鋸齒節(jié)塊、鋸齒切屑組成的鋸齒形切

4、屑三階段形成過程并提出了其相應(yīng)的形成模型；探討了各階段的演變機(jī)理：第Ⅰ變形區(qū)內(nèi)，溫度弱化作用使較大剪切滑移變形始于切削層下部靠近刀尖區(qū)域；若切削過程中材料導(dǎo)熱速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于切削熱產(chǎn)生速率，則剪切滑移區(qū)呈尖峰狀向切削層頂表面方向逐漸擴(kuò)展；當(dāng)該區(qū)域靠近刀尖處材料達(dá)到臨界熱塑失穩(wěn)狀態(tài)時，剪切滑移區(qū)瞬間擴(kuò)展至切削層頂表面，形成鋸齒雛形，且整個剪切滑移區(qū)處于臨界熱塑失穩(wěn)狀態(tài)；鋸齒雛形由剪切滑移區(qū)與微變形基塊組成。隨后在刀尖由剪切滑移區(qū)中心位置向前移