【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(jié)晶行為而導(dǎo)致材料力學(xué)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(zhuǎn)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(xué)平衡和能量最低原理為基礎(chǔ),建立了以第一切變區(qū)和第二切變區(qū)綜合應(yīng)變能最低為核心的平衡剪切角計算模型。結(jié)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(jié)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(jié)果,本文分析討論了用結(jié)合了應(yīng)變速度和應(yīng)變溫度的Zener-Hollomon (Z)參數(shù),建立材料本構(gòu)模型的可行性和參數(shù)求解方法。結(jié)果表明Z參數(shù)構(gòu)建的材料本構(gòu)模型可更好地反應(yīng)材料在變形過程中應(yīng)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(gòu)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(jié)晶作為基本的動態(tài)轉(zhuǎn)變行為,結(jié)合對動態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變和動態(tài)再結(jié)晶的動力學(xué)分析,建立了包含材料動態(tài)形變和動態(tài)再結(jié)晶作用的綜合本構(gòu)模型,為進一步研究高速切削過程中材料行為對切削力學(xué)平衡和刀具磨損的影響規(guī)律提供了必要基礎(chǔ)。經(jīng)系統(tǒng)分析刀具切入后,切入角向平衡剪切角轉(zhuǎn)動過程中,第一切變區(qū)和第二切變區(qū)溫度、應(yīng)變和應(yīng)變速度的變化,并結(jié)合本構(gòu)模型,研究了材料變形和動態(tài)再結(jié)晶行為,得出：隨著第二切變區(qū)應(yīng)變的改變,將導(dǎo)致材料從簡單摩擦至塑性變形,再到動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生,工件材料發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶后導(dǎo)致力學(xué)性能驟降,是引起切屑從連續(xù)狀變成為鋸齒狀的本質(zhì)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(jié)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(gòu)模型,微觀組織結(jié)構(gòu)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(chǔ)上構(gòu)建了刀具正交切削磨損模型。模擬計算結(jié)果證明,高速切削時切屑材料發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶后,加劇了刀具擴散磨損。綜合研究的結(jié)果可看出,在高速切削過程中,通過合理設(shè)計切削速度和切削量或其它方法,避免材料動態(tài)轉(zhuǎn)變行為發(fā)生所導(dǎo)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(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG506.1

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