高速切削鋸齒形切屑的試驗研究與有限元模擬.pdf

1、高速切削是解決難加工材料加工的最有效手段之一，而難加工材料的鋸齒形切屑試驗研究是高速切削基礎理論研究領域的重要組成部分。本課題以鈦合金和鎳基高溫合金兩種工件材料為研究對象，采用切削試驗和有限元模擬相結合的方法，對這兩種材料鋸齒形切屑的形成過程、演變機理及鋸齒形切屑幾何表征與切削用量關系展開了深入研究。鋸齒形切屑是高速切削加工過程中切屑的典型特征，在切削過程中它不僅會導致切削力在切削穩(wěn)態(tài)下高頻率的波動，還會使刀具的磨損和破損加劇，從而降低

2、刀具壽命和已加工表面質量。因此，對鋸齒形切屑的實驗研究有助于優(yōu)化切削工藝，提高刀具壽命，保證已加工表面質量。
　　首先，通過鈦合金Ti6Al4V和鎳基高溫合金的切削試驗，對切屑的宏微觀形態(tài)和切削力進行了研究分析。結果表明:切屑螺旋外徑隨著切削速度和進給量的提高而增大。切削力隨著進給量、背吃刀量的增大而增加，隨切削速度的增加而減小。建立了切削力的經驗公式，并通過對比分析驗證了其正確性。鋸齒化程度、鋸齒化步距隨切削速度、進給量和背吃刀

3、量的增加而增大，鋸齒化頻率隨進給量的增加而減小，隨切削速度和背吃刀量增加而增大;絕熱剪切帶隨著切削速度的提高而具有從形變帶到轉變帶再到帶裂紋轉變帶的轉化趨勢。
　　其次，利用ABAQUS軟件建立了鎳基高溫合金的正交切削有限元模型。幾何模型采用設置剪切損傷區(qū)而不單獨設置分離線的方法，材料本構關系選用能正確反映材料本質屬性的Johnson-Cook本構模型;通過切削力和切屑形態(tài)的對比分析，驗證了該模型的正確性。
　　最后，通過試

4、驗與模擬的對比分析，研究了鋸齒形切屑形成過程及機理。結果表明:鋸齒形切屑的演變過程由鋸齒雛形、鋸齒雛形到鋸齒節(jié)塊及鋸齒節(jié)塊到鋸齒切屑三個形成階段組成。溫度弱化作用使剪切滑移變形始于切削層下部靠近刀尖區(qū)域，并呈尖峰狀向切削層頂表面方向擴展;當刀尖處金屬發(fā)生熱塑失穩(wěn)時，剪切滑移瞬間擴展至切削層頂表面形成了完整的剪切滑移窄帶，鋸齒雛形形成。剪切滑移窄帶內的金屬基本均處于熱塑失穩(wěn)狀態(tài)，鋸齒雛形將沿著整個變形窄帶發(fā)生集中剪切滑移變形，形成鋸齒節(jié)塊