单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析.pdf

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1、第33卷第4期兵工学报V01．33NO．42012年4月ACTAARMAMENTARIIApr．2012单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析宿崇。一，丁江民，许立，李明高(1．大连交通大学机械工程学院，辽宁大连116028；2．唐山轨道客车有限责任公司，河北唐山063000)摘要：为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题，采用有限元法和光滑粒子流体动力学(SPH)法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼(CBN)磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况，从微

2、观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理，并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响；采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验，结果表明：磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形，沿磨粒的前方及两侧隆起，并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑；磨刃前角增大，剪切角随之增大，导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大，磨损速率较快，易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。关键词：机械制造工艺与设备；磨削；单颗磨粒；仿真；有限元法；光滑粒子流体动力学法中图分类号：TG580．1文献标志码：A文章编号：1000—1093(

3、2012)04-0425-07CuttingCharacteristicsofSingleCBNAbrasiveGrainandMicromechanicsAnalysisofWorkpieceMaterialDeformationBehaviorSUChong。一，DINGJiang．min，XVLi，LIMing—gao(1．SchoolofMechanicalEngineering，DalianJiaotongUniversity，Dalian116028，Liaoning，China；2．TangshanRailwayVechi

4、cleCo．，Ltd．，Tangshan063000，Hebei，China)Abstract：Inordertoavoidmeshconstraintwhensimulatingchipseparationbyfiniteelementmethod，cuttingprocessofsingleCBNabrasivegrainissimulatedbyusingcouplingmethodoffiniteelementmeth—odandsmoothedparticlehydrodynamics．Chipmechanismofsingl

5、eCBNabrasivegrainanditsgeometricfeatures’effectsoncuttingdeformationofworkpieeematerialareanalyzedaccordingtothestressvaria—tionofCBNabrasivegrainandworkpiecematerial，andmotionsituationofsmoothedparticlesincuttinglayer．CBNabrasivegrains’scratchingexperimentiscarriedoutby

6、usingabrasiveblockofvitrifiedbondedCBNwhee1．Itisconcludedthatworkpiecematerialoccursplasticdeformation，flowstothesideandfrontowingtotheextrusionofabrasivegrain，andfinallyformschipinfrontofabrasivegrain．Theshearangleincreaseswiththeincreaseofgrainrakeangle，itresultsinthed

7、ecreaseofploughingandin-creaseofcutting．Thewearoftheedgesofabrasivegrainisfasterduetoitslowerstrergthandlargercon-tactstress．Wearabrasionandmicro—breakingresultinthedullnessofabrasivegrain．Keywords：machinofaturetechniqueandequipment；grinding；singleabrasivegrain；simulatio

8、n；finiteelementmethod；smoothedparticlehydrodynamics收稿日期：2010一l1—03基金项目：国家自然科学基金项目(50975043)作者简介：宿崇(1979