TC4钛合金材料的切削变形模拟及试验研究.pdf

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1、第4o卷第6期稀有金属与硬质合金Vo1．40N0．62012年12月RareMetalsandCementedCarbidesDec．2012TC4钛合金材料的切削变形模拟及试验研究康凤，陈嫂丽，宁海青。，胡传凯。，舒大禹。，沈蕾芳(1．国防科技工业精密塑性成形技术研究应用中心，重庆400039；2．中国兵器工业第五九研究所，重庆400039)摘要：针对钛合金材料难以加工切削的特点，以常用钛合金TC4为对象进行了切削变形模拟及试验研究。运用有限元法，再现了钛合金切削变形过程和切屑的形成机理。模拟仿真表明，在刀尖附近的材料由于高温、高应力状态形成了软化区，切屑根部发生

2、热塑性失稳，使切屑上部被挤裂而下部仍旧相连，呈锯齿状。快速落刀试验表明，材料于刀尖附近的变形程度和温度较高，切屑发生集中剪切滑移，呈明显锯齿状，而原纵横交错分布的网篮状组织变成了沿切削方向的条纹状，并在切屑根部扫描组织中还观察到细小的微裂纹，切屑形态与仿真结果基本相同。关键词：钛合金；切削变形；有限元分析；微观组织；切屑；热塑性失稳中图分类号：TG146．23文献标识码：A文章编号：1004—0536(2012)06—0031一O4SimulationandExperimentalStudyofCuttingDeformationofTC4TitaniumAlloy

3、KANGFeng·。，CHENMan—li’。，NINGHal—qing'，HUChuan—kai’，SHUDa—yu’。，SHENLei—fang。(1．NationalResearchandApplicationCenterofPreciseForming，Chongqing400039，China；2．No．59ResearchInstituteofChinaOrdnanceIndustry，Chongqing400039，China)Abstract：Inviewofpoorcuttingperformanceoftitaniumalloymaterials

4、，simulationandexperimentalstudyoncuttingdeformationofthecommontitaniumalloyTC4werecarriedout．Cuttingdeformationprocessofthetitaniumalloyanditschipformationmechanismwerereproducedbyfiniteelementanalysis．Thesimulationresultsindicatethatthematerialnearbytheknifepointsoftensbecauseofhighte

5、mperatureandhighstress，andthermoplasticinstabilityhappensatchiprootresultingintheupperpartofthechipsqueezedtoformcracksbutthelowerpartstilljoined．Therefore，thechipappearsserrated．Theresultsfromfastcuttingtestsshowthatwithhighdistortiondegreeandtemperatureofthematerialnearbytheknifepoin

6、t，centralizedshearslipofthechipoccursresultinginobviousindentationofthechip．Meanwhile，originalcrisscrossandbasket—likemicrostructurechangesintothestripe—likealongthecuttingdirection．TinymicrocracksarealsoobservedatchiprootbySEM，andchipmorphologyandsimulationresultsarealmostuniform．Keyw

7、ords：titaniumalloy；cuttingdeformation；finiteelementanalysis；microstructure；chip；thermoplasticinstabilityTC4作为最常用的钛合金材料，与常规难加工约是铁的1／5，铝的1／14，而切屑与刀刃的接触面材料一样，于切削时通常需采用极低的切削速度(一窄，切削热集中在切削刃附近较小范围内。二是弹般在5Om／rain以下)，生产效率非常低E。这是由性模量小，钛合金的弹性模量约为钢的1／2，刚性于钛合金的切削加工存在以下特点：一是切削温度差、易变形，切削时加工表面的回弹量很