高速切削切屑破坏特性及本构关系的研究

发布时间：2017-08-29 10:43

  本文关键词：高速切削切屑破坏特性及本构关系的研究

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【摘要】：在高速切削过程中,材料在发生变形时不可避免的伴随着各种损伤,损伤对材料的动态本构关系将会产生很大的影响。目前对于本构关系的研究大多没有考虑到损伤的影响,模拟结果有较大的误差,建立准确的高速切削加工工件材料动态力学性能本构模型是研究切削变形理论和切削过程模拟仿真的基础。本文针对切削加工过程中材料的动态破坏特性,采用理论分析与试验研究相结合的方法,得到了切削参数对切屑形态的影响规律和计及损伤的材料动态本构关系方程,具体研究工作如下:1、利用霍普金森压缩试验得到了黄铜H62和青铜QAl9-4在较高温度和应变率下的应力-应变曲线,分析了应变、应变率和温度对黄铜H62和青铜QAl9-4的流动应力的影响趋势,并对实验结果进行回归计算,得到其高速切削加工的Johnson-cook本构方程,是一种行之有效的高速切削本构建模方法。以青铜QAl9-4为例,利用ABAQUS有限元软件对切屑的形成过程进行数值仿真,得到了切屑的锯齿化程度随着切削速度的提高增强,刀具前角从10o到-10o时,切屑由带状变为锯齿状。2、对钛合金TC4材料进行了正交切削试验,通过观察切屑的宏观形态和微观形貌,得到了随着切削速度和切削深度的增加,切屑的锯齿化程度增强,而进给量对切屑的锯齿化程度影响不大;3、通过扫描电镜观察QAl9-4在SHPB试验下的微损伤,在前人研究的基础上,根据塑性局域变形中部分塑性功直接转换成微缺陷发展所需能量的思想,构建损伤变量D,进而建立了考虑损伤的本构关系方程,通过SHPB试验和切削试验验证了考虑损伤的本构关系模型更准确。
【关键词】：高速切削 本构关系 切屑 损伤
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506.1
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 选题背景及研究意义11-13
• 1.2 高速切削变形理论研究13-16
• 1.2.1 高速切削时切屑的形成机理13-14
• 1.2.2 材料动态本构关系的研究14-15
• 1.2.3 材料热-黏塑性塑性本构失稳的研究15-16
• 1.3 高速切削切屑有限元模拟研究16-17
• 1.4 损伤力学的研究现状17-19
• 1.5 目前存在的主要问题19-20
• 1.6 本文的主要研究内容20-21
• 第2章 铜合金动态力学性能的试验研究21-33
• 2.1 H62和QAl9-4 铜合金的材料性能21-23
• 2.2 霍普金森压缩试验23-25
• 2.2.1 实验装置和基本工作原理23-24
• 2.2.2 实验材料与过程24-25
• 2.3 实验结果分析25-31
• 2.3.1 黄铜H62的动态力学性能25-29
• 2.3.2 青铜QAL9-4 的动态力学性能29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 材料的热粘塑性本构模型建立33-41
• 3.1 热粘塑性本构模型33-34
• 3.2 几种铜合金的Johnson-Cook本构方程34-39
• 3.2.1 铝青铜QAl9-4 的J-C本构参数拟合34-35
• 3.2.2 QAl9-4 和H62的J-C曲线拟合35-36
• 3.2.3 分析J-C模型参数的影响36-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第4章 切屑破坏特性的实验研究与数值模拟41-55
• 4.1 正交车削试验材料及方案42-44
• 4.1.1 工件材料选择42
• 4.1.2 试验设备及方案42-44
• 4.2 试验结果与讨论44-49
• 4.2.1 切削速度对切屑破坏特性的影响44-45
• 4.2.2 进给量对切屑破坏特性的影响45
• 4.2.3 背吃刀量对切屑破坏特性的影响45-46
• 4.2.4 切屑的微观形态分析46-49
• 4.3 高速切削QAl9-4 的数值模拟49-53
• 4.3.1 几何模型建立49-50
• 4.3.2 边界条件50
• 4.3.3 刀-屑摩擦类型50-51
• 4.3.4 切屑分离准则51
• 4.3.5 材料模型51-53
• 4.4 铜合金QAl9-4 在不同条件下的切屑形态53-54
• 4.4.1 刀具前角对切屑锯齿化程度的影响53
• 4.4.2 背吃刀量对切屑锯齿化程度的影响53-54
• 4.4.3 切削速度对切屑锯齿化程度的影响54
• 4.5 本章小结54-55
• 第5章 高速切削考虑损伤的动态破坏本构关系研究55-67
• 5.1 绝热剪切破坏特性55-56
• 5.2 含损伤的热-粘塑性本构方程56-58
• 5.3 损伤因子的建立58-60
• 5.4 考虑损伤演化的改进型J-C本构模型的建立60-61
• 5.5 实验算例及结果讨论61-66
• 5.5.1 铝青铜（QAl9-4）SHPB试验模型61-62
• 5.5.2 正火态50SiMnVB钢SHPB试验模型62-63
• 5.5.3 正交切削45钢模型63-66
• 5.6 本章小结66-67
• 结论67-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果74-75
• 致谢75-76

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