矩阵算子法构建切削滑移线场的分析

作     者：胡中翔 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周里群

授予年度：2022年

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] 

主      题：矩阵算子法 变摩擦系数 滑移线场 金属切削 

摘      要：切削模型分析是开发切削新工艺的重要步骤。在切削模型中,大部分研究采用均值摩擦系数来分析切削加工过程,而在实际的切削加工过程中,摩擦系数随接触正应力、温度的变化而改变。采用变摩擦分析切削加工过程更符合实际的加工过程,因此,本文根据刀屑接触面的变摩擦系数模型,采用矩阵算子法建立切削滑移线场分析GH4169镍基合金的切削加工过程。此外,切削有限元仿真的准确性依赖于材料的本构模型、接触模型和断裂准则等条件。在缺少实验对照的情况下,切削有限元的仿真结果很难判断是否准确,因此,本文采用滑移线场模型与切削有限元仿真相互验证的方法来确保分析结果的有效性。具体的研究工作内容如下:(1)在刀屑接触面上建立随接触位置变化的变摩擦系数模型;根据刀屑接触面上的摩擦边界条件,采用矩阵算子法建立切削滑移线场;由Oxley剪切理论计算切削剪切角,为滑移线场添加几何约束条件。(2)建立GH4169切削有限元仿真,并由切削有限元仿真的切屑厚度建立相应的滑移线场,分析滑移线转角随切削条件的变化规律,研究不同切削条件下滑移线场之间的区别。(3)根据切削滑移线场分析刀屑接触面的正应力,预测刀屑接触长度、切削力和切屑卷曲半径等参数,并对比它们与有限元仿真结果之间的差异。(4)进行GH4169镍基合金的正交切削实验,验证切削滑移线场和切削有限元仿真对切屑卷曲半径的预测。总体上,切削滑移线场的刀屑接触长度、切削力和切屑卷曲半径与有限元仿真结果大致相近,误差在可接受的范围内。在GH4169的正交切削实验中,实验切屑的卷曲半径与两种切削模型预测的趋势一致。因此,两种切削模型的分析结果可以为GH4169镍基合金的切削加工提供参考。