【摘 要】
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高速切削加工已成为当前切削加工领域的主流。然而高速断续切削淬硬材料时,由于切入、切出时的机械冲击作用、切削阶段与空切阶段的热冲击作用等原因,使得刀具极易发生破损失
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高速切削加工已成为当前切削加工领域的主流。然而高速断续切削淬硬材料时,由于切入、切出时的机械冲击作用、切削阶段与空切阶段的热冲击作用等原因,使得刀具极易发生破损失效。为了提高刀具的使用寿命,研究刀具切削过程中破损失效机理具有重要意义。本文从实验与仿真两方面研究了高速断续切削时刀具的温度场及应力场,同时针对刀具疲劳裂纹的扩展进行仿真分析,研究高速断续切削过程中刀具的疲劳破损失效机理。首先通过高速断续车削淬硬钢20CrMnTi实验,对断续车削时的切削力随刀具破损的变化规律进行了研究,得到不同切削时段的最优切削参数,并为切削仿真建模提供了实验依据。此外对高速断续切削的切削温度及刀具寿命进行了分析,从而获得切削温度和刀具寿命的经验公式,最后通过对刀具断口表面进行分析,初步揭示了高速断续车削淬硬钢时刀具的失效机理。采用有限元软件Abaqus对断续车削淬硬钢过程进行二维等效切削仿真,分析了断续切削下刀具切入切出时刻的应力场分布,同时对切削阶段刀具前、后刀面的应力场演变进行了研究,获得断续切削刀具的应力分布特点,并对热-机械耦合下和热-机械解耦下的应力与切削温度进行了分析,从而揭示了断续切削过程中切削阶段刀具的应力分布规律。采用零厚度的内聚力单元(CZM)和扩展有限元法(XFEM)在仿真软件Abaqus上建立了高速断续切削刀具的裂纹扩展模型,对比分析了两种仿真模型的优缺点,并对不同刀具角度和预制裂纹下刀具疲劳裂纹扩展路径进行了仿真分析,初步研究了高速断续切削条件下刀具疲劳裂纹扩展的方向,对刀具的选用和高性能刀具的研制具有提供指导意义。
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