铝7075介观尺度切削过程的仿真研究.pdf

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1、RESEARCH研究论文铝7075介观尺度切削过程的仿真研究术宋旭，解丽静，庞思勤，王西彬(北京理工大学，北京100081)【摘要】基于位错机制的应变梯度(MSG)塑性理论，采用任意拉格朗日一欧拉ALE算法，建立了铝合金介观尺度切削过程的仿真模型，并通过试验对仿真模型进行了验证。结果表明：PCD刀具切削铝合金的最小切削厚度大致为刀具钝圆半径的O．25～0．3倍；材料应变梯度的存在使得材料表现出强烈的尺度效应，并且使单位切削力随着进给量的减小明显增大。关键词：介观尺度；最小切削厚度；刀具钝圆半径；应变梯度ResearchonSimulationofMes0-Sca

2、leMachiningPmcessOf舢7075SONGXu，XIELijing，PANGSiqin，WANGXibin(BeijingInstituteofTecIlIlolo鼢Beijingl00081，China)IABSTRACT】BasedontheMechanism-basedS仃ainGradient(MSG)plastic时theoⅨamodle氨Mthemeso—scalecut—tingprocessisbuiltandverifiedbytheexperiments．UsinganArbi仃a巧La铲angian—Eulerian(AUj)

3、ad印tiVemeshingtech-nique．TheresultsshowthatminimumchipthicknessisproposedtobeaboutO．25to0．3timesasbigastooledgeradiusformeso．scalecu仕ingofal啪inumalloybyPCDtools．Thestrain掣adientarefoundtobememaincauseofthesizee仃．ectofmeso—scalemachiningaIldthespecificcuttingforcesignificantlyincreaSe

4、s鹊thefeeddecreases．Keywords：Meso—scale；Minimumcuttingmickness；Tboledgemdius；S仃aingmdienDoI：10．16080组issn1671—833x．2016．12．07l近年来，生产具有军事、医疗用途的微型发动机、血管清道夫以及尺寸微小、功能复杂的微型机电产品正在成为一种趋势，这种产品小型化的趋势使介观制造技术成为研究的热点。介观切削不仅仅是宏观切削在尺寸上的减小，而且存在诸如尺度效应、最小切削厚度等与宏观切削截然不同的特点和机理。由于经典塑性理论不能表现材料在不同尺度层次上的不同力

5、学响应行为，因此不能很好地解释尺度效应。为了解释介观切削中的尺度效应，描述当切削量与材料特征长度相当时的材料变形特征，研究人员引入了基于微观机制的应变梯度(Mechanism_basedStrainGradient，MSG)塑性理论；在MSG理论中，为了平衡应变和应变梯度的量纲引入了材料内禀长度I(长度量纲)，成功揭示了金属材料的尺度效应，即材料强度随特征尺寸的降低而增加的现象。Jin⋯等扩展传统的切削理论，分析了微切削过程中刀具切削刃钝圆半径对尺度效应的影响；Lai【2】、Liu【3】、Ding【4】等将MSG理论运用于材料铜、A15083、H13模具钢的有限

6、元仿真建模研究之中。一般微型产品都对产品的轻量化有一定的要求，在铝合金材料中，A17075具有很高的强度，非常适合用于制造轻量化要求高的飞机承载结构件，如飞机零部件、齿轮和轴等，尤其是微型飞机发动机的零部件【5】。针对A17075的微切削加工开展基于MSG理论的有限元建模技术研究，首先建立A17075的介观尺度力学性能的本构关系，然后结合ALE算法建立切削过程有限元仿真模型，最后通过A17075微切削的有限元仿真，研究介观尺度下A17075材料的最小切削厚度、单位切削力以及尺度效应。1基于应变梯度本构关系的建模基于MsG的JC修正模型是在基于位错密度的Taylo

7、r流变塑性本构方程的基础上推导获得的，如图1所示。公式(1)为基于MsG的Jc修正模型表达式：}基金项目：国家科技重大专项(2012zx0400305l一3)；国家自然科学基金青年基金项目(50505003)；国家自然科学基金项目旷=吼c(50935001)。2016年第12期·航空制造技术7l研究论文基于位错密度理论的Taylor流变塑性本构方程矿=3口G6而当不考虑应变梯度时，盯=3日G6、仨=矿，。商胪(靠)2％砌柑㈩州1他(触⋯(丢等㈩弘缸乏=篇撇’卜几何必需位错密度与应变梯度之间的关系为：胪孚l基于应变梯度的材料本构方程：非‰√-+(警)”注：仅为Ta

8、ylor系数；c为剪切模