基于韌性失效的航空輕合金切削機(jī)理研究.pdf

1、鈦合金、鋁合金等輕質(zhì)合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工以及民用領(lǐng)域。航空結(jié)構(gòu)件的加工需要較高的加工精度和加工效率。研究航空鈦合金、鋁合金的加工機(jī)理(切屑形態(tài)、切削力、溫度等)，對(duì)提高航空航天工業(yè)以及其他相關(guān)行業(yè)的制造技術(shù)水平具有重要的意義。
　　 本文首先分析了熱彈塑性條件下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系?；诓牧享g性失效過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變曲線，建立了能量法韌性失效材料模型。采用Johnson-Cook材料模型表征切削過(guò)程中的塑性變形屬性：應(yīng)用韌性失效

2、初始和演化準(zhǔn)則表征材料韌性失效過(guò)程。
　　 采用能量法的韌性失效模型對(duì)鈦合金Ti-6Al-4V正交切削過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真，仿真結(jié)果顯示模型網(wǎng)格特征尺寸對(duì)仿真的切削力和切屑形態(tài)具有較大的影響。為消除特征尺寸對(duì)仿真結(jié)果的影響，建立了韌性失效能密度法的韌性失效準(zhǔn)則。為金屬切削過(guò)程有限元仿真提供了有效的材料建模方法。
　　 設(shè)計(jì)了鈦合金Ti-6Al-4V正交切削試驗(yàn)，并制作了切屑截面的金相觀測(cè)試樣，分析了切屑的特征尺寸隨切削參

3、數(shù)的變化趨勢(shì)。采用基于韌性失效的有限元模型對(duì)鈦合金切屑形成過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。仿真獲得的切削力和切屑形態(tài)與試驗(yàn)值吻合較好，驗(yàn)證了模型的有效性。同時(shí)，對(duì)超高速條件下的鈦合金切削過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真，預(yù)測(cè)了超高速條件下的切屑特征尺寸的變化規(guī)律。
　　 利用鈦合金切削仿真結(jié)果，分析了鋸齒狀切屑絕熱剪切帶中的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、應(yīng)變梯度和溫度梯度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變對(duì)溫度、應(yīng)變梯度對(duì)溫度梯度具有“同趨勢(shì)，略滯后”的現(xiàn)象。從微觀熱、力分析的角度，

4、證明了鋸齒狀切屑的形成是由于材料沿剪切帶的熱軟化作用大于應(yīng)變強(qiáng)化作用造成的，為T(mén)i-6Al-4V合金鋸齒狀切屑形成的熱塑性失穩(wěn)理論提供了新的證據(jù)。
　　 采用韌性失效材料模型，進(jìn)行了鋁合金2Al2微切削過(guò)程的有限元仿真，提取了微切削過(guò)程的穩(wěn)態(tài)特征，為準(zhǔn)確分析微切削機(jī)理提供了保障。采用快速響應(yīng)自更新型熱電偶，設(shè)計(jì)了鋁合金微切削測(cè)溫試驗(yàn)，同時(shí)獲得了刀尖與工件表面的溫度。分析了切削條件對(duì)刀尖和工件表面的影響。并采用微切削有限元仿真對(duì)切