高速切削过程绝热剪切局部化断裂预测

基于高速切削过程绝热剪切饱和极限理论,结合锯齿形切屑绝热剪切带的变形和受力条件,以及材料的动态塑性本构关系,建立以切削速度、切削厚度和刀具前角为预测变量的高速切削过程绝热剪切局部化断裂的预测模型,并以淬硬45钢和FV520(B)不锈钢为例,预测其发生绝热剪切局部化断裂的临界切削条件。通过高速切削试验和金相试验,讨论了切削条件对绝热剪切局部化断裂过程的影响规律和敏感程度,验证了绝热剪切局部化断裂的预测结果。结果表明:较大切削厚度和较小刀具前角会降低绝热剪切局部化断裂的临界切削速度,建立的绝热剪切局部化断裂预测模型能有效预测切屑发生绝热剪切局部化断裂的临界切削条件。     

高速切削过程绝热剪切局部化断裂的特性试验

高速切削过程中绝热剪切局部化断裂的发生是第一变形区绝热剪切演化的结果。研制了高速车削刀-屑快速分离装置,对切屑根部试样进行金相显微观察,探讨绝热剪切局部化断裂的速率相关特性,建立绝热剪切局部化断裂过程的物理模型。结果表明,高速切削过程的绝热剪切演化随切削速度的提高主要经历了绝热剪切的发生、形变带、转变带和绝热剪切局部化断裂。绝热剪切局部化断裂是第一变形区能量聚集和释放的周期性循环过程,随着剪切带能量的不断聚集,当剪切带所能承受的能量达到饱和极限时,剪切带就会以断裂的形式释放能量,结果导致锯齿形切屑沿剪切带完全分离。     

SKD11硬切削锯齿形切屑形成机理试验研究

针对淬硬钢SKD11硬切削形成的锯齿形切屑,通过金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察了切屑的金相组织和微观形貌,分析了不同的切削速度下锯齿形切屑的特点,讨论了绝热剪切发生时剪切带内动态剪应力和温度的变化规律。研究结果表明：SKD11硬切削在低速和高速切削时均产生锯齿形切屑;提高切削速度有利于锯齿化程度的增加;锯齿形切屑的形成同时存在断裂和绝热剪切两种机制,并且随着切削速度的提高,切屑由周期断裂型向绝热剪切型转变;在绝热剪切过程中剪应力变化呈现二次曲线形式,且切削区温度对动态剪应力变化曲线具有较显著的影响;通过提高切削速度可以提高切削温度,抑制材料的硬化效应,引发剪切失稳,从而减小切削力。     

高速铣削淬硬钢时的切屑形态试验研究

使用Ti Al N涂层整体圆柱立铣刀,以(151~942)m/min的铣削速度,对淬硬的45钢和3Cr2Mo钢进行了高速铣削试验,研究了各种切削速度下的宏观及微观切屑形态。发现在高的铣削速度下形成了带有绝热剪切带的锯齿形切屑,并分析了切屑形态的演化过程。工件材料的硬度、强度、导热性能及切削速度对切屑形态和绝热剪切带的形成有着重要的影响。工件材料越硬、强度越高、导热系数越低,切削速度越大,越容易形成带有绝热剪切带的锯齿形切屑,而且,随着切削速度的增加,切屑的形态由卷曲向平坦发展。     

不同冷却润滑条件下TB6钛合金高速铣削切屑形态研究

进行涂层硬质合金刀具高速切削TB6钛合金试验,对不同冷却润滑条件下钛合金切屑形态的表面形貌及几何特征进行研究,对锯齿形切屑的绝热剪切带微观组织进行分析。研究表明,切屑自由端出现的毛边随着切削速度的增加,其几何尺寸增大,频率增加,锯齿化程度增加;随着冷却润滑条件的改善,毛边现象趋于减弱。绝热剪切带的生成及演化是产生锯齿形切屑的主要原因。     

基于剪切带断裂特征的锯齿形切屑形成机理演化的研究

对锯齿形切屑集中剪切带处的断裂现象进行了观察实验和几何描述,研究表明随着切削速度(变形速度)的提高,材料的脆延性将发生重要变化,这将导致齿形切屑形成机理逐渐由热塑性剪切失稳(绝热剪切)向周期性断裂机理过渡。     

基于ABAQUS的高速切削锯齿形切屑形成机理研究

基于大型有限元分析软件ABAQUS/Explicit 6.11建立了二维正交切削有限元模型,仿真模拟了淬硬GCr15轴承钢在高速切削条件下锯齿形切屑形成过程,以绝热剪切理论为基础分析了锯齿形切屑的形成机理。研究表明:利用绝热剪切理论分析高速切削脆性材料具有一定的可行性;第一变形区工件材料的绝热剪切效应对锯齿形切屑的形成起到了决定性作用;通过对比实验切屑形态和仿真切屑形态可知,切屑形态较为相似,所建模型在预测切屑形态上取得了较好的效果。     

切削工艺对Ti6Al4V合金锯齿形切屑的影响研究

通过实验研究了切削速度和切削厚度对Ti6Al4V合金锯齿形切屑、齿距和锯齿化程度以及绝热剪切带微观组织转变的影响,并对锯齿形切屑的形成过程及机理进行了分析。结果表明:随着切削速度的增加,锯齿形切屑单元的尺寸和切屑的锯齿化程度不断增加,切屑锯齿的剪切带更容易形成转变带,在切削速度为550 r/min时剪切带中基本都由转变带组成。随着切削厚度的增加,齿距不断增大,当切削厚度0.3 mm后锯齿化程度变化幅度减小;当切削厚度从0.2 mm增加至1.0 mm时,剪切带组织逐渐从形变带转变为形变带+转变带,并在切削厚度为1.0 mm时完全形成转变带。     

高速切削30CrNi3MoV淬硬钢切屑形成机理的试验研究

通过30CrNi3MoV淬硬钢的高速切削试验,观察和测量不同切削条件下切屑形态的演变过程、锯齿状切屑形成的临界切削条件、切削力.结果表明,切削速度和刀具前角是影响切屑形态和切削力的主要因素,随着切削速度的提高,在某一临界切削速度下,切屑形态由带状屑转变为锯齿状切屑,随着刀具前角由正前角逐渐变为负前角,临界切削速度明显减小,当锯齿状切屑形成时,切削力大幅度降低.使用金属切削过程中绝热剪切临界切削条件判据对锯齿状切屑形成临界切削速度预测的结果表明,锯齿状切屑形成的根本原因是主剪切区内发生周期性的绝热剪切断裂.     

锯齿形切屑形成过程根切试验研究

通过根切试验获得了大量锯齿形切屑根部样本,对样本进行金相处理之后得到了清晰的锯齿形切屑根部组织图片,基于切屑根部组织的变形特征,分析了锯齿形切屑的形成过程及机理,并建立了锯齿形切屑形成过程模型。研究结果表明：锯齿形切屑形成过程可分为第1变形区内剪切挤压变形积累和初步剪切面的形成阶段、切屑自由表面与切削层自由表面分离即剪切面的形成阶段、第1和第2变形区内锯齿单元发生整体集中剪切滑移阶段;锯齿形切屑的形成是由于第1变形区内靠近刀尖处材料发生热塑性失稳导致;绝热剪切带内部和切削层表面处有裂纹产生,裂纹产生于锯齿单元整体剪切滑移阶段,并且靠近切削层表面处更容易产生裂纹。