高速切削刀屑接触界面摩擦建模研究

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1、硕士学位论文高速切削刀一屑接触界面摩擦建模研究Studyonfrictionmodelingoftool--chipinterfaceduringhighspeedcutting学21004099完成日期：至Q!圣生墨旦大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使

2、用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：盘蓬塑囱卫二危蕉塑坚置鱼虚夔壁楚塑整作者签名：兰肇麦日期：2型L年—厶月—Ⅱ日大连理工大学硕士学位论文摘要随着计算机技术的发展，有限元仿真已经被广泛地应用于研究金属切削过程和切削区应力、应变、温度以及切削力等的分布状况中。为了能够更好地了解金属切削过程中刀．屑接触面的摩擦状态以及不同的切削参数对切削过程的影响，需要建立一个能够准确描述金属切削过程的摩擦模型，以便指导实际的加工生产

3、，提高刀具的使用寿命和工件的加工质量。本文利用有限元分析软件ABAQUS建立不采用分离线的二维正交摩擦模型，简要叙述了有限元模型中单元网格类型、边界条件与约束的选择原理，采用Johnson．Cook本构模型对材料本构行为进行描述，用剪切损伤准则作为材料的分离准则。为了能够对刀一屑接触面的摩擦状态进行更准确的定义，利用ABAQUS有限元软件的用户子程序接口VFRIC对刀一屑摩擦界面进行二次开发，在库仑摩擦模型的基础上，建立了粘结一滑移摩擦模型和滑移区变摩擦系数摩擦模型。同时，本论文通过高速切削实验获得45钢(AISI10

4、45)的切屑根部试样，研究切屑形态随切削速度与刀具前角的变化情况，并对锯齿状切屑中绝热剪切带的形态以及切屑根部滑移线分布进行简要描述。将实验获得的切削力与摩擦模型模拟出的切削力随着切削参数的变化情况进行对比分析，结果表明三个摩擦模型均能够准确地模拟出切削力随切削参数的变化趋势，即随着切削速度的提高和刀具前角的增大，切削力降低。但滑移区变摩擦系数摩擦模型模拟的准确性要高于库仑摩擦模型和粘结一滑移摩擦模型。分析对比实验和三个摩擦模型的刀一屑接触长度与剪切角，发现刀一屑接触长度随切削速度和刀具前角的增大而降低，剪切角随切削速

5、度和刀具前角的增加而增大，分析结果同样证明滑移区变摩擦系数摩擦模型对高速切削时刀一屑界面的摩擦状态的描述更为准确。对切削过程中切屑与工件内的应变、应力分布进行了分析，发现刀一屑接触面上的正应力随切削速度和刀具前角的减小而增大，切屑内等效塑性应变值随切削速度的升高而增大，而且剪切带中的等效塑性应变值从最大值处向四周逐渐降低，呈梯度变化。关键词：高速切削；摩擦模型；二次开发；刀一屑接触面高速切削刀一屑接触界面摩擦建模研究Studyonfrictionmodelingoftool—chipinterfaceduringhig

6、hspeedcuttingAbstractWiththeadvancedcomputationaltechnology,FiniteElementModeling(FEM)isbeingusedtooptimizemetalcuttingprocessesandtoinvestigatethestateofstresses，strains，temperaturesandcuttingforcesinthecuttingzone．Abetterunderstandingoffrictionmodelingandtheef

7、fectofdifferentcuttingparametersisrequiredinordertoproducebetterFEMmodelstosupportthegoalsoflongertoollifeandbettersurfacequalityinmachinedproducts．The丘njteelementsoftwareABAQUSwasusedtoestablishthetwo—dimensionorthogonalfrictionmodelwithnoseparationline．Thetech

8、nologyofthetwo—dimensionmodelsize，elementmeshtypeandboundaryconditionconstraintarediscussedbriefly．ThematerialconstitutivebehaviorisrepresentedbyJohnson-Cookconstitut