4Cr5MoSiV1淬硬钢高速切削的实验研究和有限元分析

论文摘要

难加工材料高速切削条件下产生的锯齿形切屑会严重影响工件的加工质量。锯齿形切屑的产生与绝热剪切现象密切相关。通过研究切屑中绝热剪切带(ASB)的形成过程和微观演化机理,有助于进一步认识高速切削过程中的切屑形成,改善加工工艺。本文采用材料显微观察,微观机理分析和计算机仿真相结合的方法,对正交切削热作模具钢(4Cr5MoSiV1)的绝热剪切行为进行了实验研究。主要研究内容如下:1.进行高速正交切削实验,观察不同切削条件下切屑宏观形态和微观形貌的演变过程。切屑宏观形态大致经历了:长带屑、松散螺旋屑、发条屑、弧片屑和微粒屑的演变过程。而切屑微观形貌则经历了:带状屑、临界锯齿型切屑、形变带切屑和转变带切屑四个阶段。2.结合高应变率条件下的绝热剪切理论,对绝热剪切带进行了微观实验分析。重点研究了:切屑变形程度;绝热剪切带的形貌特征和分布规律;切削条件对绝热剪切带的影响以及绝热剪切带内显微硬度分析。3.通过大型商用有限元软件ABAQUS,建立4Cr5MoSiV1淬硬钢高速正交切削有限元模型,并通过有限元分析运算,揭示锯齿状切屑的形成机理及绝热剪切带内热/力学参量的变化,并研究主要切削参数对锯齿状切屑的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 难加工材料的高速切削加工
• 1.2.1 高速切削加工发展现状和研究意义
• 1.2.2 难加工材料高速切削加工特点
• 1.3 材料绝热剪切行为及国内外研究现状
• 1.3.1 绝热剪切现象及其产生机理
• 1.3.2 锯齿形切屑内绝热剪切带特征
• 1.3.3 材料绝热剪切国内外研究及现状
• 1.4 材料切削有限元模拟研究及现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 H13 模具钢高速正交切削实验
• 2.1 正交切削实验方法简介
• 2.2 实验材料及其热处理工艺
• 2.3 实验条件和过程
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 切屑宏观形态描述
• 2.4.2 切屑微观形貌演变过程
• 2.5 本章小结
• 第三章 高速变形条件下绝热剪切现象的理论基础
• 3.1 绝热剪切理论和周期脆性断裂理论
• 3.2 绝热剪切带内温度
• 3.3 绝热剪切带内剪应变，剪应变率
• 3.4 绝热剪切的本构行为
• 3.4.1 本构失稳及其临界条件
• 3.4.2 材料热黏塑性本构失稳的影响因素
• 3.5 本章小结
• 第四章 绝热剪切带微观变化规律和特征
• 4.1 绝热剪切带微观变化规律
• 4.1.1 切屑中绝热剪切带形貌分析
• 4.1.2 切屑变形系数及锯齿化程度
• 4.1.3 绝热剪切带的分布规律
• 4.2 切削条件对剪切带形成和发展的影响
• 4.3 绝热剪切带内硬度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 正交切削的有限元模拟
• 5.1 软件介绍和切削过程的有限元理论
• 5.1.1 abaqus 软件介绍
• 5.1.2 热-力耦合粘塑性有限元基本理论
• 5.1.3 有限元求解过程示意图
• 5.2 正交切削的有限元模型
• 5.2.1 几何模型及边界条件
• 5.2.2 材料模型
• 5.2.3 摩擦模型
• 5.2.4 切屑分离准则
• 5.3 仿真模拟计算与结果分析
• 5.3.1 切削模拟计算
• 5.3.2 切屑形成过程的有限元模拟与分析
• 5.3.3 剪切带内热/力学参量分布及变化规律
• 5.3.4 主要切削参数对切屑变形的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果及发表的学术论文