基于离散元法的alo_tic陶瓷刀具材料加工特性研究

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1、基于离散元法的Al2O3_TiC陶瓷刀具材料加工特性研究基于离散元法的Al2O3/TiC陶瓷刀具材料加工特性研究#510摘要：基于离散元法，通过力学性能数字试验模拟及校准，建立了Al2O3/TiC陶瓷刀具材料的离散元模型。基于该模型，考虑切削热和粘结作用，对Al2O3/TiC陶瓷刀具材料的切削加工进行了动态模拟，分析了不同的切削速度、切削深度、刀具钝圆半径及刀具前角等对加工后表面裂纹情况及切屑形成的影响，结果表明：切削速度越高，切削深度对加工表面的质量影响越大；随着刀具由正前角变为负前角，刀具前方特别是刀具下方的

2、材料出现较深的径向裂纹，对材料的损伤也越大，当刀具前角为负前角时，刀具的前刀面堆积了大量的块状切屑，引起较大的材料变形；切削刃钝圆半径对其影响较小。关键词：刀具技术；离散元；Al2O3/TiC陶瓷；加工；裂纹中图分类号：TH145.115ResearchontheMachiningCharacteristicsofAl2O3/TiCCeramicCuttingToolMaterialsBasedontheDiscreteElementMethodGUMeilin,ZHANGYaqiong,GAOJie,GUOLans

3、hen,WEIZhi2025303540SchoolofMechanicalEngineering,HebeiUniversityofTechnology,TianJin300130Abstract:DiscreteelementmodelofAl2O3/TiCceramiccuttingtoolmaterialswasconstructedandcalibrated.Basedonthemodel,consideringthetwoaspectsinfluencessuchascuttingthermalandv

4、iscosity,thedynamicprocessofmicro-machingofAl2O3/TiCceramicwassimulated,andtheeffectsofdifferentcuttingspeeds,cuttingdepths,thetipradiusofcuttingedgeandthefrontangleofcuttingtoolwerequalitativelyanalyzed.Resultsshowthatbothofthesurfacecracknumberandimumdepthinc

5、reaseswithincreaseofthecuttingspeedandcuttingdepth,whiledecreasesastherakeangleincreases;whentherakeanglebecomespositivefromnegative,thedamagezonewhichisunderandinfrontofthetoolgraduallyincreases;whentherakeanglebecomesnegative,alargenumberofmassivechipwasaccum

6、ulatedonthetoolrakesurface,causedlargematerialdeformation;thetipradiusofcuttingedgeeffectsthemachiningprocessislesserthanothers.Keywords:Tooltechnology;Discreteelementmodel;Al2O3/TiCceramic;Machining;Crack0引言陶瓷刀具是现代金属切削加工中的一种新型刀具材料，其硬度高、耐磨性能和耐热性能好、化学稳定性优良、不易与金属

7、发生粘接的特点，已成为高速切削高温合金的主要刀具材料之一[1]。它的脆性并在高温下缺乏塑形变形的趋势是它的弱点，通过增韧的方法得到的Al2O3/TiC复合陶瓷，不但提高了其强度、硬度、断裂韧性和抗震性，而且极大的降低了脆性对其特殊性能发挥的限制，使其成为了切削难加工材料的理想刀具材料[2]。由于陶瓷的高硬度和高脆性，使得磨削成为其主要加工方法。陶瓷材料的精密加工、陶瓷材料表面的低损伤加工和陶瓷材料的结构性能设计等都直接与陶瓷材料加工机理的研究密切相关[3]。国内外学者为研究陶瓷材料加工机理，主要通过：理论分析、计算机

8、模拟和加工实验研-1-究三种方法来研究陶瓷材料加工过程中裂纹的生成与扩展、材料的的去除方式及加工损伤的预测等。Lawn[4]等建立了陶瓷加工的力学模型；郭雅芳等[5]应用分子动力学法，以单晶硅为455055606570研究对象，分析了裂纹尖端应力场及裂纹的扩展；G.Lu等[6]研究了激光切割陶瓷材料时裂纹的形成与扩展规律，得到了控制陶瓷材料