高强度金属棒料高速与应力集中复合剪切断裂行为

作     者：董渊哲 刘柏扬 朱成成 任芋见 赵升吨 DONG Yuanzhe;LIU Boyang;ZHU Chengcheng;REN Yujian;ZHAO Shengdun

作者机构：长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 西安交通大学机械工程学院西安710049 

出 版 物：《西安交通大学学报》 (Journal of Xi'an Jiaotong University)

年 卷 期：2024年第58卷第8期

页      面：145-155页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52105398) 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2022JQ-440) 长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(300102252105) 

主　　题：精密剪切 高强度棒料 高速 环形槽 断裂行为 

摘      要：针对传统剪切工艺不适用于高强度金属棒料高效精密切断的难题,提出了高速与应力集中复合的精密剪切新原理工艺,分析了环形槽几何参数对理论应力集中系数的影响,建立了42CrMo高强度棒料的高速剪切断裂有限元模型,研究了铣削和激光旋切环形槽对槽根等效应力应变场、应力三轴度、损伤起裂及三维裂纹扩展断裂行为的影响,并通过高速剪切试验,获得了不同环形槽对棒料剪切断面质量的影响规律。研究结果表明:对于表面不带环形槽的棒料,损伤起裂需要较大程度的塑性变形累积,切断后的棒料存在压塌及飞边缺陷;所提工艺方法有效约束了槽根附近材料的塑性变形,提高了高速剪切断面质量,圆度误差由11.2%减少到2.3%~4.7%,平面度误差由1.08 mm降低为0.58~0.65 mm,最大弯曲变形度由1.5 mm降低为0.4~0.5 mm,最大剪切载荷和断裂能量也得到了显著降低;相比铣削环形槽,激光旋切获得的尖角窄槽进一步降低了剪切载荷和断裂能量。新工艺方法可为高强度金属棒料的高效、精密及低能耗剪切行为提供参考。