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高速切削Ti-6Al-4V绝热剪切带应变、应变率有限元模拟研究
  • ISSN号:1671-3133
  • 期刊名称:现代制造工程
  • 时间:2016
  • 页码:1-7
  • 期号:02
  • 便笺:11-4659/TH
  • 分类:TG506.1[金属学及工艺—金属切削加工及机床]
  • 作者地址:山东大学机械工程学院;山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室;
  • 作者机构:[1]山东大学机械工程学院,济南250061, [2]山东大学高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51375272,U1201245);高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项项目(2014ZX04012-014)
中文摘要:

塑性金属材料高速切削过程中存在绝热剪切行为,绝热剪切带内的应变、应变率分布规律是研究高速切削绝热剪切带特性的基础。首先,应用有限元软件ABAQUS/Explicit建立Ti-6Al-4V热-位移耦合平面应变二维切削模型,工件材料采用Johnson-Cook(J-C)本构模型,基于J-C失效判据设置切屑和工件分离准则,实现对Ti-6Al-4V的切削过程仿真。其次,对比分析有限元仿真与切削实验获取的切屑形貌,验证有限元模型的准确性。最后,分析Ti-6Al-4V高速切削绝热剪切带处应变、应变率变化规律。结果表明:切削速度在180-3000m/min范围内,随切削速度提高,切屑绝热剪切带内的应变、应变率先增大后趋于稳定,绝热剪切带变形程度增加直至韧性断裂。研究结果有助于准确预测绝热剪切带的断裂并揭示其演化机制,通过利用材料的绝热剪切行为,可控制高速切削过程中的切屑形态,改善Ti-6Al-4V的切削加工性。

英文摘要:

Adiabatic shear behavior widely exists in high speed machining process of plastic metal material. The distributions of strain and strain rate in adiabatic shear band are foundamental for the research of the property of adiabatic shear band in high speed machining. Numerical 2D plane-strain coupled temperature-displacement simulation model for high speed machining of Ti- 6Al-4V is firstly presented with finite element software ABAQUS/Explicit. The workpiece material deformation behaviour is de- scribed by Johnson-Cook(J-C) model. The chip-workpiece separation criterion is set up with J-C damage law. The finite element model is then verified by comparing the chip morphology obtained by simulation with experimental results. The distributions of strain and strain rate in adiabatic shear band are lastly analysed. The results show that within the simulation cutting speed ranged from 180m/min to 3 000m/min,both strain and strain rate in adiabatic shear band increase initially and then tends to be stable. The deformation degree in adiabatic shear band increases with increasing the cutting speed till the deformed material seperates with ductile fracture. The research results can be helpful for the accurate prediction of the materials fracture deformation in adiabatic shear band and understand of deformation evolutionary mechanism. Appropriate chip shape may be obtained and the machinability of titanium alloy is improved with the research of material adiabatic shear property in high speed machining process.

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期刊信息
  • 《现代制造工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:北京京城机电控股有限责任公司
  • 主办单位:北京机械工业局技术开发研究所 北京机械工程学会
  • 主编:徐大湧
  • 地址:北京市东城区四块玉南街28号《现代制造工程》杂志社
  • 邮编:100061
  • 邮箱:mme666@sohu.com
  • 电话:010-67177665 63012618
  • 国际标准刊号:ISSN:1671-3133
  • 国内统一刊号:ISSN:11-4659/TH
  • 邮发代号:2-431
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊,中国期刊方阵期刊,中国科技论文统计源期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:12475