斜角切削SiCp∕Al复合材料的切屑仿真.pdf

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1、《自动化与仪器仪表》2016年第8期(总第202期)斜角切削SiCp／Al复合材料的切屑仿真杨帆，薛河，李永强，陈政，崔英浩(西安科技大学机械工程学院陕西西安，710054)摘要：运用有限元分析软件ABAQus建立了三维切削模型，对SiCp／Al复合材料的切削过程进行模拟。分析了不同等效切削厚度和切削速度对切屑形状的影响，并得到了切削过程中Sicp／Al复合材料的应力、应变分布规律，为同类复合材料的高速切削提供了有限元仿真分析参考。关键词：切屑；高速铣削；SiCp／Al复合材料中图分类号：TG501文献标识码：BDOI编

2、码：10．14016／j．cnki．1001—9227．2016．08．065Abstract：Thehighspeedcuttingprocesswassimulatedtoestablishtllethree—dimensionalobliquecuttingmodeloftheSiCp／Alcompositesbyusingthefiniteelementan￡dysissoftwareABAQUS．Thedi饪brentcuttingthicknessandthediffbrentcuttingspeedonth

3、echipsh印ewereaIlalyzed，粕dgotthedistributionofstress锄dstraininthecuttingprocessofSiCp／Alcompositematerials，whichcaIlproVidesomeref毛renceforhigh—speedcuttingofsimilarcompositessimulationanalysis．Keywords：mechipshape；highspeedIIlilling；sicp／AlcompositematerialsO引言金属

4、基复合材料(MMCs)是一种新兴材料，是在基体中加入增强相，以陶瓷(连续长纤维、短纤维及颗粒)为增强材料，轻合金(如铝、镁、钛等)为基体材料而制备的。sicp／Al复合材料具有比强度、比模量、耐高温及热膨胀系数小、尺寸稳定性好等优良特性，克服了单一材料的缺陷，己经在航空航天、汽车、电子及军事等领域得到了越来越广泛应用⋯。但是，SiCp／Al复合材料基体中存在硬度大、强度高的SiC颗粒，属于典型的难加工材料，造成加工表面缺陷极为严重口1。金属切削过程是复杂的非线性动态物理过程¨-。本文运用有限元分析软件ABAQUS建立三维

5、切削模型，对切削过程进行动态仿真，得出高速铣削过程中Sicp／灿复合材料的切屑状态、应力、应变分布规律。1三维有限元模型1．1等效铣削层铣削过程中，参与铣削的铣刀刃所在的局部区域可以简化为斜角切削。铣削层简化成等厚切削层”1，切削层宽度等效为切削深度a。。1．2三维斜角铣削模型有限元分析软件ABAQus建模采用的单位制为：s、m、pa、N、—n／s。刀具前角为7。，后角为10。，铣削刃螺旋角为30。，如同1所示厂L—_—__■—嘲熬r滥(a)刀具前后角(b)铣削刃螺旋角图l工件模型尺寸为1mm×0．3mm×0．5mm，将

6、工件模型底面的六个自由度完全约束。整个动态接触过程选择工件切削层的Omm一0．3mm节点区域为从接触面，工件单元类型采用八节点六面体双线性热一力耦合单元(c3D8RT)。工件模型的收稿日期：2015一05一07作者简介：杨帆(1990一)，男，硕士研究生，主要研究方向为机械设计及计算机辅助工程分析。网格数量为11700个，并且将工件切削层网格进行细化，防止网格畸变和节省计算时间，如图2所示。一图4三维装配模型1．3工件材料模型的建立本文研究的sicp／Al复合材料中sic体积分数为56％。此种材料弹性模量小，在切削加工中

7、工件弹性回弹很大，材料·65·一JJ一口斜角切削sicp／Al复合材料的切屑仿真杨帆，等的本构关系如表l所示‘31。表lSiCp／Al复合材料本构关系应力(MPa)103050100150200应变(x10‘4)O1．02．55．O7．58．OSiCp／A1复合材料和PCD刀具的力学性能参数及热性能参数如表2所示‘“。表2siCp／Al复合材料和PCD刀具特性材料密度弹性模量泊松比导热率比热容名称(kg／m3)(GPa)(W／m-K)(J／kg·K)SiCp／A129402130．23235850PCD35201147O

8、．072100525运用ABAQus提供的材料库各向同性本构关系对材料进行整体定义。切削分离物理准则采用剪切失效分离准则，材料发生断裂时的应变值作为工件和切削分离的标准。2铣削过程模拟使用单因素法进行仿真过程模拟，第一步将切削速度设为恒定，改变等效切削厚度；第二步将等效切削厚度设为恒定，改变切削速度。具体切削参数如表