基于应变梯度塑性理论的AISI 4340微细铣槽研究.pdf

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1、制造技术／q-艺装备现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2017年第1期基于应变梯度塑性理论的AISI4340微细铣槽研究+孟杰，雷贞贞，刘敏(重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆401331)摘要：针对AISI4340合金钢在微尺度加工时的力学特点，基于Johnson．Cook模型，结合应变梯度塑性理论，建立适用于微细铣削加工的AISI4340本构模型，并根据刀具材料的物理性能建立微铣刀的仿真模型，采用任意拉格朗日一欧拉(ALE)自适应网格技术进行微细铣槽的有限元仿真

2、，得到了不同转速、不同进给量下微细铣削过程中铣削力的大小，并与相应的物理实验结果进行对比，验证了所建模型的正确性，为微细铣削的进一步研究奠定了基础。关键词：AISI4340；微细铣槽；Johnson．Cook材料模型；应变梯度塑性理论；微铣削力中图分类号：TG501文献标志码：A文章编号：1671_3133(2017)01--0110----04DoI：10．16731／i．cnki．167l一3133．2017．01．021TheresearchofAISI4340microslottingbasedons

3、traingradientplasticitytheoryMengJie．LeiZhenzhen．LiuMin(CollegeofMechanicalandPowerEngineering，ChongqingUniversityofScienceandTechnology，Chongqing401331，China)Abstract：ConsideringthemechanicscharacteristicsofAISI4340duringmicroscalemachining，aconstitutivemo

4、delofAISI4340formicromillingissetupbasedontheJohnson-Cookconstitutivemodelandstraingradientplasticitytheory．Andthesimu-lationmodelofmicromillingtoolwhichmadebycementedcarbideisalsobuilt．TheArbitraryLagangian-Eulerian(ALE)adap—tivesndtechniqueisusedtosimulat

5、emicroslotting．Theforcesduringmicroslottingareobtainedunderdifferentspindlespeedandfeedrate．ThecorrectnessofAISI4340’Sconstitutivemodelisvalidatedbycomparingthepredictedmicromillingforcewiththecorrespondingexperimentaldata．Itprovidesthefoundationforthefurth

6、erresearchofmicromilling．Keywords：AISI4340；microslotting；Johnson—Cookmaterialmodel；straingradientplasticitytheory；micromillingforce0引言AISI4340是一种中碳低合金高强度钢，具有较高的强度、韧度和杰出的淬透性及抗过热的稳定性，广泛应用于受冲击循环载荷的连杆、曲轴、泵轴和压气机轴等重要零件中。随着社会的发展和科学技术的进步，具有复杂形貌特征的微小型产品在航空航天、国防军工和机械

7、等领域的应用与需求量日益扩大，对微型产品的结构复杂程度、功能和可靠性的要求也越来越高Ho，因此，各国学者对AISI4340合金钢的微细加工展开了研究。目前，传统的宏观切削理论已经相当成熟，但由于微尺度加工中的切削厚度通常为微米级，与切削刃的钝圆半径在同一数量级，因此，切削厚度和切削刃钝圆半径的比值不能再被视为无限大，传统切削理论关于切削刃锋利的假设已不适用于微细切削，不能指导微细加工过程。模型仿真和物理实验是研究微细加工机理的有效方法。Mazov等人旧。采用TiN涂层的硬质合金刀具，对AISI4340的正交微

8、切削过程进行了仿真，通过改变主轴转速和切削深度研究所加工零件的表面质量；Woon等人∞1通过建立二维的正交切削有限元模型，研究刀具切削刃钝圆半径对AISI4340切屑形成的影响；Ozel等人14o用DEFORM-2D对激光辅助微细铣削和普通微细铣削加工进行了仿真和物理实验，通过仿真结果和实验数据的对比研究了激光的热软化作用对切削力和刀具温升的影响。在上述+国家自然科学基金项目(51505049)；重