本文關(guān)鍵詞：高速切削鋸齒形切屑的試驗(yàn)研究與有限元模擬

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【摘要】：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(yàn)研究是高速切削基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)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(duì)象,采用切削試驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法,對(duì)這兩種材料鋸齒形切屑的形成過程、演變機(jī)理及鋸齒形切屑幾何表征與切削用量關(guān)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(huì)導(dǎo)致切削力在切削穩(wěn)態(tài)下高頻率的波動(dòng),還會(huì)使刀具的磨損和破損加劇,從而降低刀具壽命和已加工表面質(zhì)量。因此,對(duì)鋸齒形切屑的實(shí)驗(yàn)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(zhì)量。首先,通過鈦合金Ti6A14V和鎳基高溫合金的切削試驗(yàn),對(duì)切屑的宏微觀形態(tài)和切削力進(jìn)行了研究分析。結(jié)果表明：切屑螺旋外徑隨著切削速度和進(jìn)給量的提高而增大。切削力隨著進(jìn)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(jīng)驗(yàn)公式,并通過對(duì)比分析驗(yàn)證了其正確性。鋸齒化程度、鋸齒化步距隨切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量的增加而增大,鋸齒化頻率隨進(jìn)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(zhuǎn)變帶再到帶裂紋轉(zhuǎn)變帶的轉(zhuǎn)化趨勢(shì)。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(shè)置剪切損傷區(qū)而不單獨(dú)設(shè)置分離線的方法,材料本構(gòu)關(guān)系選用能正確反映材料本質(zhì)屬性的Johnson-Cook本構(gòu)模型；通過切削力和切屑形態(tài)的對(duì)比分析,驗(yàn)證了該模型的正確性。最后,通過試驗(yàn)與模擬的對(duì)比分析,研究了鋸齒形切屑形成過程及機(jī)理。結(jié)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(gè)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(kuò)展；當(dāng)?shù)都馓幗饘侔l(fā)生熱塑失穩(wěn)時(shí),剪切滑移瞬間擴(kuò)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(nèi)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(gè)變形窄帶發(fā)生集中剪切滑移變形,形成鋸齒節(jié)塊。鋸齒節(jié)塊進(jìn)入第二變形區(qū)后,集中滑移窄帶內(nèi)的金屬仍處于熱塑失穩(wěn)狀態(tài),在前刀面的推擠作用下,鋸齒節(jié)塊將繼續(xù)沿著集中剪切滑移帶發(fā)生集中剪切滑移變形,直至離開第二變形區(qū),完成了鋸齒切屑的形成。
【關(guān)鍵詞】：高速切削 鋸齒形切屑 絕熱剪切帶 形成過程 演變機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG506.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-18
• 1.1 本課題的研究背景與意義9-10
• 1.2 鋸齒形切屑內(nèi)的絕熱剪切及其國(guó)內(nèi)外研究10-14
• 1.2.1 絕熱剪切現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因10-12
• 1.2.2 鋸齒形切屑形成的幾何特征12-14
• 1.3 鋸齒形切屑的有限元模擬現(xiàn)狀14-15
• 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容15-18
• 2 鋸齒形切屑形成過程的理論研究18-26
• 2.1 鋸齒形切屑的形成過程18-22
• 2.2 鋸齒形切屑的形成機(jī)理22-25
• 2.2.1 絕熱剪切理論(Adiabatic shear theory)22-24
• 2.2.2 周期脆性斷裂理論(Periodic brittle fracture)24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 3 高速切削的試驗(yàn)研究26-48
• 3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)26-35
• 3.1.1 工件材料的選擇26-27
• 3.1.2 刀具及機(jī)床的選擇27-30
• 3.1.3 試驗(yàn)方法及目的30-31
• 3.1.4 試驗(yàn)步驟31-35
• 3.2 切屑宏微觀形態(tài)分析35-39
• 3.3 切削力試驗(yàn)結(jié)果分析39-47
• 3.3.1 切削用量對(duì)切削力的影響40-43
• 3.3.2 切削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立43-45
• 3.3.3 切削力經(jīng)驗(yàn)公式的驗(yàn)證45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 4 鋸齒形切屑試驗(yàn)結(jié)果研究分析48-61
• 4.1 鋸齒形切屑的幾何表征48-54
• 4.1.1 鋸齒化程度48-51
• 4.1.2 鋸齒化頻率51-52
• 4.1.3 鋸齒化步距52-54
• 4.2 鋸齒形切屑的形成模型54-56
• 4.3 絕熱剪切帶的變化規(guī)律56-59
• 4.3.1 絕熱剪切帶的演變過程56-58
• 4.3.2 切削條件對(duì)絕熱剪切帶形成與發(fā)展的影響58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 5 高速正交切削的有限元模擬研究61-77
• 5.1 切削過程有限元基本理論及軟件介紹61-66
• 5.1.1 有限元法基本思想及其分析過程61-63
• 5.1.2 非線性有限元軟件ABAQUS簡(jiǎn)介63-64
• 5.1.3 二維正交切削有限元模型的構(gòu)建64-66
• 5.2 有限元模型的建立66-74
• 5.2.1 材料本構(gòu)模型及材料屬性的賦予66-68
• 5.2.2 幾何模型的建立68-69
• 5.2.3 切屑斷裂準(zhǔn)則69-70
• 5.2.4 粘結(jié)-滑移混合摩擦模型70-72
• 5.2.5 有限元模型網(wǎng)格的劃分72-73
• 5.2.6 邊界條件和約束73-74
• 5.3 有限元模型驗(yàn)證74-76
• 5.3.1 切削力驗(yàn)證74-75
• 5.3.2 切屑形態(tài)驗(yàn)證75-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 6 鋸齒形切屑的有限元模擬分析77-88
• 6.1 鋸齒形切屑的形成過程分析77-81
• 6.2 鋸齒形切屑的形成機(jī)理分析81-86
• 6.3 集中剪切帶的啟動(dòng)和擴(kuò)展86-87
• 6.4 本章小結(jié)87-88
• 結(jié)論88-90
• 參考文獻(xiàn)90-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況94-95
• 致謝95-96

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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本文編號(hào)：1124157