基于ABAQUS的高速切削锯齿形切屑形成机理研究.pdf

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1、基于ABAQUS硇高速切削锯齿形切屑形成栅理砥究口杨挺口刘泓滨口吴海涛昆明理工大学机电工程学院昆明650500摘要：基于大型有限元分析软件ABAQUS／Explicit6．11建立了二维正交切削有限元模型，仿真模拟了淬硬GCrl5轴承钢在高速切削条件下锯齿形切屑形成过程．以绝热剪切理论为基础分析了锯齿形切屑的形成机理。研究表明：利用绝热剪切理论分析高速切削脆性材料具有一定的可行性：第一变形区工件材料的绝热剪切效应对锯齿形切屑的形成起到了决定性作用：通过对比实验切屑形态和仿真切屑形态可知，切屑形态较为相似，所建模型在预测切屑形态上取得了较好的效果。关键词：高速切削锯齿形切屑绝热剪切GCrl5轴承

2、钢中图分类号：TH16：TG501．1文献标识码：A文章编号：1000—4998(2014)02—0044—03高速切削镍一铁基合金、钛合金、淬硬钢等硬质材形切屑的形成机理，对于深入研究高速硬切削和控制料时，通常产生不是常见的带状切屑．而是锯齿形切及优化加工表面质量具有重要指导意义。本文基于大屑。锯齿形切屑使切削力出现高频周期波动并承受振型有限元软件ABAQUS／Explicit6．11，采用PCBN刀具荡冲击载荷，导致加工表面产生鳞刺，降低加工表面质切削淬硬GCrl5轴承钢的有限元仿真，通过提取温度量，严重影响零件的加工精度。目前关于锯齿形切屑的场、应力场及材料流动情况，研究分析了在高速切削

3、条形成机理还没有统一认识，但主要可分为两大理论，即件下淬硬GCr15轴承钢锯齿形切屑的形成过程。周期性断裂理论和绝热剪切理论。MADavies等⋯研1正交切削有限元模型的建立究表明．热传导、热对流和热产生速率三者处于动态平衡．当切削速度达到某一临界值时，就会打破动态平1．1本构方程的建立衡，从而产生锯齿形切屑。Komanduri等利用不同切在金属切削过程中．加工材料在高温、大应变下发削速度切削4340钢时发现．切削速度较低时易形成连生非线性塑性变形，同时切削层中各部位应变、应变率续形切屑：当速度达到125m／min时将形成锯齿形切和温度场分布不均且梯度变化很大，因此在切削仿真屑．但没有形成明显

4、的绝热剪切带．当速度高于250过程中正确地选取能够反映出应变、应变率和温度场m／min时将形成明显的绝热剪切带。ShawMC等以以及对加工材料的流动应力影响的本构模型是极其关断裂力学为基础，提出了高速硬切削过程中工件材料键的．本文选用广泛用于切削仿真的Johnson—Cook本破坏裂纹的产生和扩展的判据，进一步研究了周期性构模型，其方程表达式为：断裂理论。以上研究结果表明．周期性断裂理论适用于研究Gr=[A+Bx“][1+C1n(一(器)』(1)材料为脆性条件下且切削速度较低的锯齿切屑形成机式中：or为等效塑性应力；为等效塑性应变；占为塑性理，而绝热剪切理论则适用于研究塑性材料在切削速应变率；

5、s。为参考塑性应变率(通常取1)；T为当前变度较高情况下的锯齿切屑形成机理。由于淬硬钢在高形温度；为材料熔点；为参考温度，通常为室温速切削条件下因热软化作用而表现出一定的塑性．因20oC：A为初始屈服应力值，为常数；B为硬化系数；C此，以绝热剪切理论为基础研究高速切削淬硬钢锯齿为应变率系数；为加工硬化系数；m为温度热软化系数收稿日期：2013年9月California：CaliforniaInstituteofTechnology，2003．[13]潘福臣，陈雪波，李琳．群集模型的软控制研究[J]．科学技[11]程代展，陈翰馥．从群集到社会行为控制[J]．科技导报，术与工程，2009(17)：

6、4905—4909．2004(8)：4—7．[14]MMZavlanos，JadbabaieA，GeorgeJPappas．Flocking[12]HanJ，LiMing，GuoLei．SoftControlonCollectiveBehaviorwhilePreservingNetworkConnectivity[C]．ProceedingsofofaGroupofAutonomousAgentsByaShillAgent[J]．the46thIEEEConfereneeonDecisionandControl，NewJournalofSystemsScienceandComplexity，

7、2006，19(1)：OAeans．2007．54-62(编辑功成)I圈2014／2机械制造52卷第594期