【摘要】：本文針對高速切削過程中工件材料可能發(fā)生的動態(tài)再結晶行為而導致材料力學性能和擴散機制驟變,進而對切削過程平衡和刀具磨損產(chǎn)生影響展開了研究。研究主要以1045鋼在正交高速切削時切屑形貌的轉變,以及刀具加速磨損現(xiàn)象為研究對象。通過以切削過程中切削力學平衡和能量最低原理為基礎,建立了以第一切變區(qū)和第二切變區(qū)綜合應變能最低為核心的平衡剪切角計算模型。結果表明,用能量最低原理所建立模型所得平衡剪切角計算結果與實驗所測的平衡剪切角能較好吻合。根據(jù)熱模擬實驗結果,本文分析討論了用結合了應變速度和應變溫度的Zener-Hollomon (Z)參數(shù),建立材料本構模型的可行性和參數(shù)求解方法。結果表明Z參數(shù)構建的材料本構模型可更好地反應材料在變形過程中應變速率硬化和溫度軟化的交互作用,其模型的參數(shù)求解更加合理簡便,為高速形變條件下材料本構模型的研究提供了一種方法。本文通過以材料的動態(tài)再結晶作為基本的動態(tài)轉變行為,結合對動態(tài)再結晶臨界應變和動態(tài)再結晶的動力學分析,建立了包含材料動態(tài)形變和動態(tài)再結晶作用的綜合本構模型,為進一步研究高速切削過程中材料行為對切削力學平衡和刀具磨損的影響規(guī)律提供了必要基礎。經(jīng)系統(tǒng)分析刀具切入后,切入角向平衡剪切角轉動過程中,第一切變區(qū)和第二切變區(qū)溫度、應變和應變速度的變化,并結合本構模型,研究了材料變形和動態(tài)再結晶行為,得出：隨著第二切變區(qū)應變的改變,將導致材料從簡單摩擦至塑性變形,再到動態(tài)再結晶的發(fā)生,工件材料發(fā)生動態(tài)再結晶后導致力學性能驟降,是引起切屑從連續(xù)狀變成為鋸齒狀的本質原因。同時,鋸齒狀切屑的產(chǎn)生還伴隨著在工件和刀具接觸面上工件材料中納米晶粒的形成,造成刀具前刀面加速擴散磨損。論文基于晶界擴散加大元素擴散系數(shù)對此實驗現(xiàn)象進行了分析討論,結果表明高速切削階段形成細小晶粒時加速刀具磨損顯著。為更深入地對切削過程中刀具磨損行為進行研究,論文采用有限元模擬在實現(xiàn)了對本構模型,微觀組織結構演化,以及晶粒尺寸對刀具擴散磨損影響的二次開發(fā)基礎上構建了刀具正交切削磨損模型。模擬計算結果證明,高速切削時切屑材料發(fā)生動態(tài)再結晶后,加劇了刀具擴散磨損。綜合研究的結果可看出,在高速切削過程中,通過合理設計切削速度和切削量或其它方法,避免材料動態(tài)轉變行為發(fā)生所導致的鋸齒狀切屑,可有效減少刀具擴散性磨損,提高刀具壽命。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG506.1

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