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大应变挤出切削制备超细晶纯铜带材的研究

大应变挤出切削制备超细晶纯铜带材的研究

作者：林平华南理工大学

学位级别：硕士

随着航空航天技术、军事装备和交通工具等领域的迅速发展，对金属材料的性能要求越来越高。由于纳米晶/超细晶材料具有优异的物理性能和化学性能，因此被广泛应用于各种领域，而制备纳米晶/超细晶材料也成了各国材料科学和材料工程研究... 详细信息

随着航空航天技术、军事装备和交通工具等领域的迅速发展，对金属材料的性能要求越来越高。由于纳米晶/超细晶材料具有优异的物理性能和化学性能，因此被广泛应用于各种领域，而制备纳米晶/超细晶材料也成了各国材料科学和材料工程研究的重点。大塑性变形法是制备超细晶材料的有效方法之一，它具有许多独特的优点，受到越来越多的关注，而大应变挤出切削法作为大塑性变形法中的一种，其不仅可以在一个单一的变形阶段使带材产生较大的剪切应变，还可以保证带材形状的规整性，因而获得的纳米材料具有更广的应用范围和更高的利用率。本文详细研究了挤削参数（刀具前角、切屑厚度压缩比、限制刀具拐角半径和摩擦系数）对挤削变形区各种变量（应变、应变率、应力和温度）、带材微观组织（晶粒形状与大小、晶粒间的位相差等）及其力学性能和耐腐蚀性能的影响规律。同时还运用DEFORM-2D有限元软件模拟分析了刀具前角、切屑厚度压缩比、限制刀具拐角半径和摩擦系数对大应变挤出切削制备超细晶材料过程的影响规律，探讨大应变挤出切削过程中超细晶带材的变形原理，确定形成超细晶带材的大应变挤削条件。研究结果表明：刀具前角和切屑厚度压缩比对于带材产生的剪切应变都具有重大影响。刀具前角的减小或者切屑厚度压缩比的减小都会导致产生的等效应变和等效应变率增大。同时在微观组织中还可以发现，前角越小或者切屑厚度压缩比越小，得到的带材的微观组织中的晶粒尺寸就越小，而且大角度等轴晶就越多。限制刀具的拐角半径和摩擦系数对带材产生的剪切应变的影响虽然没有前角和切屑厚度压缩比两者那么明显，但是随着限制刀具拐角半径或摩擦系数的增大，带材产生的等效应变、温度、等效应力也会随之增大，从而影响带材的微观组织及其力学性能和耐腐蚀性能，因此他们同样具有不可忽视的作用。

关键词：大应变挤出切削纳米材料应变微观组织 DEFORM

大应变挤出切削制备超细晶/纳米晶带材的研究

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大应变挤出切削制备超细晶/纳米晶带材的研究

作者：许统奎华南理工大学

学位级别：硕士

超细晶／纳米晶材料在工业生产中的应用越来越广泛,主要是因为其热学性能、化学性能、力学性能等都非常优越。其中,力学性能的优越性最为明显,随着晶粒的细化,材料的硬度和强度都能得到有效的提高。在制备超细晶/纳米晶材料的众多方法之... 详细信息

超细晶／纳米晶材料在工业生产中的应用越来越广泛,主要是因为其热学性能、化学性能、力学性能等都非常优越。其中,力学性能的优越性最为明显,随着晶粒的细化,材料的硬度和强度都能得到有效的提高。在制备超细晶/纳米晶材料的众多方法之中,大塑性变形法的应用最为广泛。在大塑性变形法中,大应变切削法是较为新颖的一种加工方法,本文正是在大应变切削法的基础上施加额外的约束边界,提出大应变挤出切削法。大应变挤出切削是一种切削与挤出相结合的带材加工方法,它利用压板的挤压约束使切屑由压板和前刀面之间的缝隙中挤出从而形成带材。这一种切削方法适用于各种高强度金属及合金,切削过程能够产生极大的应变,而且能够通过控制切削深度和压缩比等参数控制带材的形状大小。本文建立了切削理论模型和有限元分析模型,在分析比较了各个参数可能对切削过程产生的影响的基础上,确定了重点分析的影响参数。本文首先通过对黄铜在车床上进行切削实验,制得带状切屑并观察其微观结构变化情况,分析了切削参数(压缩比,前角、切削速度、切削深度)对切削力和切削温度的影响规律。同时,本文对切削过程进行有限元模拟,建立了压缩比、前角、钝圆半径、切削速度和切削深度可调整的大应变挤出切削模型,采用基于试验的参数变化情况,利用Deform-2D有限元模拟软件分析了各个参数变化时对切削变形区应力、应变、温度和切削力的影响规律。通过实验结果和有限元模拟结果的分析比较,验证了有限元模型的可行性,探明了不同参数对切削过程的影响规律。分析结果表明,压缩比存在一个最优值1.2使得切削力最小且相对稳定;不同的刀具前角可以获得不同的应变,前角越小,产生的有效应变越大;切削速度会对温度产生明显的影响,为了防止晶粒细化回复,必须控制切削速度在合理的范围之内;切削深度越小,切削力越小,切削温度也有所降低,但是应该根据实际生产的需求结合压缩比的情况来确定切削深度的大小。

关键词：大应变挤出切削超细晶/纳米晶切削力切削温度 DEFORM 有限元分析

大应变挤出切削制备铝合金超细晶金属材料及其机械力学性能研究

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大应变挤出切削制备铝合金超细晶金属材料及其机械力学性能研究

作者：李庆华南理工大学

学位级别：硕士

超细晶/纳米晶金属材料因其晶粒细小、位错及缺陷密度高，常表现出比传统粗晶金属材料更为优异的物理化学性能，而倍受关注。大应变挤出切削法作为制备超细晶/纳米晶金属材料的新兴方法之一，具有许多独特的优势，近年来受到普遍的重视... 详细信息

超细晶/纳米晶金属材料因其晶粒细小、位错及缺陷密度高，常表现出比传统粗晶金属材料更为优异的物理化学性能，而倍受关注。大应变挤出切削法作为制备超细晶/纳米晶金属材料的新兴方法之一，具有许多独特的优势，近年来受到普遍的重视。然而，对于该工艺在生产实践中的参数合理选择、工艺的优点和缺陷，以及该工艺制备的超细晶/纳米晶金属材料的机械力学性能等方面的研究，还相当缺乏。因此，有必要就此展开充分的研究，以明确大应变挤出切削工艺的应用范围及发展方向。本文采用有限元分析软件Deform3D构建了大应变挤出切削三维热力耦合模型，充分研究了挤削参数：切屑厚度压缩比、刀具前角、刀屑摩擦系数及切削速度，对材料内部的等效应变、等效应变率、等效应力以及温度的大小及其在挤削变形区、切屑厚度、切屑宽度上的分布均匀性和切屑形貌的影响规律。结合有限元分析结果与挤削试验，获得了较优的挤削参数，成功制备了具有超细晶结构的铝合金金属材料，并明确了工艺存在的缺陷。对制备的铝合金超细晶金属材料的机械力学性能：硬度、拉伸性能、微动摩擦磨损性能等进行的研究表明，挤削后铝合金的维氏硬度、抗拉强度、摩擦磨损性能等均有了不同程度的提升。同时，采用金相显微镜、超景深显微镜以及扫描电子显微镜等手段对比分析了挤削前后铝合金金属材料机械力学性能变化的原因，以及切屑厚度压缩比、刀具前角对机械力学性能的影响规律。

关键词：大应变挤出切削超细晶/纳米晶材料铝合金有限元分析 DEFORM3D

大应变挤出切削制备铝合金纳米晶材料及其热稳定性研究

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大应变挤出切削制备铝合金纳米晶材料及其热稳定性研究

作者：谢梓淳华南理工大学

学位级别：硕士

大应变挤出切削是一种极有应用前景的纳米晶材料制备工艺，结合切削与挤压双重作用，对材料施加大塑性变形，并通过大应变挤出切削刀具控制纳米晶切屑的几何形状。本文设计了大应变挤出切削组合刀具（包含切削刀具和限制刀具），采用该... 详细信息

大应变挤出切削是一种极有应用前景的纳米晶材料制备工艺，结合切削与挤压双重作用，对材料施加大塑性变形，并通过大应变挤出切削刀具控制纳米晶切屑的几何形状。本文设计了大应变挤出切削组合刀具（包含切削刀具和限制刀具），采用该刀具加工铝合金6061纳米晶切屑。然后，采用显微维氏硬度计测试材料硬度，采用超景深三维显微镜、金相显微镜和扫描电镜对材料的微观组织进行观察分析。同时，运用有限元方法对大应变挤出切削过程建模并进行数值模拟。结合实验手段和有限元方法，讨论大应变挤出切削微观组织的演变过程及其机理，分析切削刀具前角和切屑厚度压缩比对大应变挤出切削形变参数（等效应力、等效应变、等效应变率、切削温度和切削力）的影响，并研究纳米晶材料的热稳定性。研究发现，大应变挤出切削过程中晶粒承受大应变，经过拉伸、破碎过程细化产生纳米晶材料，机械性能得到强化，加工的纳米晶带材形状规整且表面光整。切削刀具前角和切屑厚度压缩比是大应变挤出切削过程的两个重要参数，对形变参数影响非常明显。纳米晶切屑在退火过程中，虽然发生了回复、再结晶和轻微的晶粒长大，但在100℃下具有良好的热稳定性能。

关键词：大应变挤出切削大塑性变形纳米晶材料铝合金热稳定性

倒棱切削刃对6061铝合金大应变挤出切削仿真影响研究

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工具技术 2022年第7期56卷 92-98页

作者：高崇金皮云云顺德职业技术学院智能制造学院广东省佛山市528300

大应变挤出切削(LSEM)是制备超细晶材料的一种大塑性变形法。为探究刀具切削刃结构对LSEM制备6061铝合金切屑带材的影响,选用具备倒棱切削刃的主刀具建立有限元模型,并进行模拟仿真,分析了倒棱负前角和棱边宽度对等效应变、等效应变率... 详细信息

大应变挤出切削(LSEM)是制备超细晶材料的一种大塑性变形法。为探究刀具切削刃结构对LSEM制备6061铝合金切屑带材的影响,选用具备倒棱切削刃的主刀具建立有限元模型,并进行模拟仿真,分析了倒棱负前角和棱边宽度对等效应变、等效应变率和切削力等热力学参数的影响。结果表明:主刀具切削刃为倒棱结构时,可获得较大的等效应变,最大等效应变值可达6.63;当倒棱结构参数变化时,等效应变、等效应变率、等效应力和温度图均呈带状分布;当倒棱负前角(绝对值)和棱边宽度增大时,最大等效应变、最大等效应变率和平均进给抗力也增大,且变化相对较明显,而最大等效应力和最高温度变化很小,几乎可以忽略不计。

关键词：大应变挤出切削 6061铝合金有限元模型倒棱热力学参数

加工参数对大应变挤出切削6061铝合金切削力影响的研究

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工具技术 2022年第12期56卷 116-121页

作者：高崇金皮云云顺德职业技术学院智能制造学院广东省佛山市528300

通过正交试验进行了大应变挤出切削(LSEM)6061铝合金的切削力仿真,建立了LSEM有限元分析模型,对LSEM过程中产生的切削力进行了直观分析,包括刀具前角、主刀具刀尖钝圆半径等加工参数对主刀具切削力和限制刀具切削力的影响程度,并确定了... 详细信息

通过正交试验进行了大应变挤出切削(LSEM)6061铝合金的切削力仿真,建立了LSEM有限元分析模型,对LSEM过程中产生的切削力进行了直观分析,包括刀具前角、主刀具刀尖钝圆半径等加工参数对主刀具切削力和限制刀具切削力的影响程度,并确定了最优加工参数组合。对切削力正交仿真试验结果进行方差分析并确定非常显著和显著影响的加工参数。分析结果表明:在给定的参数范围内,主刀具的平均主切削力远大于平均进给抗力,而限制刀具正好相反;切削厚度对主刀具平均合力的影响最大,切屑压缩比对限制刀具平均合力的影响最大,获取最小主刀具平均合力和限制刀具平均合力的最优方案略有不同;各加工参数对主刀具平均合力和限制刀具平均合力影响的重要程度有差异。分析结果为LSEM制备6061铝合金切屑带材的加工参数优化奠定了基础。

关键词：大应变挤出切削切削力直观分析方差分析

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消振棱参数对大应变挤出切削过程的影响

制造技术与机床 2017年第1期 122-127,132页

作者：皮云云夏伟顺德职业技术学院机电工程学院广东顺德528300 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

用消振棱刀刃刀具进行大应变挤出切削有限元模拟,改变相关参数,分别分析大应变挤出切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。结果表明:其等效应变、等效应变率、等效应力和温度分布都呈带状;随着消振棱后... 详细信息

用消振棱刀刃刀具进行大应变挤出切削有限元模拟,改变相关参数,分别分析大应变挤出切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。结果表明:其等效应变、等效应变率、等效应力和温度分布都呈带状;随着消振棱后角的增大,其最大等效应变先增大后减小;最大等效应变率的总体趋势为先略微增大后快速减小;最大等效应力和最高温度无明显变化;主切削力大小无明显变化;进给抗力曲线变化较复杂;在消振棱后角和棱边宽度相对较小时,会出现进给抗力曲线波动幅度较大的情况。

关键词：大应变挤出切削有限元消振棱

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倒圆刀刃对大应变挤出切削过程的影响

工具技术 2017年第6期51卷 65-68页

作者：皮云云夏伟顺德职业技术学院华南理工大学

在大应变挤出切削有限元模拟过程中,设定主切削刀具的刃区型式为倒圆,通过相关参数的变化,仔细观察模拟过程中等效应变、等效应变率等参数的变化规律。研究结果发现:切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力和温度呈带状分布;当倒... 详细信息

在大应变挤出切削有限元模拟过程中,设定主切削刀具的刃区型式为倒圆,通过相关参数的变化,仔细观察模拟过程中等效应变、等效应变率等参数的变化规律。研究结果发现:切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力和温度呈带状分布;当倒圆刀刃半径由小增大时,最大等效应变先小幅度减小再大幅度增大;最大等效应变率的变化有起伏,总体趋势为减小;最大等效应力和最高温度基本不变;主切削力的增加效果不明显;进给抗力大小明显增大。

关键词：大应变挤出切削有限元模拟倒圆刃

基于Deform的刃带宽度对大应变挤出切削过程的影响分析

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机床与液压 2017年第20期45卷 13-16,48页

作者：皮云云夏伟顺德职业技术学院机电工程学院广东顺德528300 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

在进行大应变挤出切削有限元模拟时,改变刃带宽度,分别分析大应变挤出切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。结果表明:其等效应变、等效应变率、等效应力和温度分布都呈带状;随着刃带宽度的增大,最大... 详细信息

在进行大应变挤出切削有限元模拟时,改变刃带宽度,分别分析大应变挤出切削过程中的等效应变、等效应变率、等效应力、温度和切削力的变化规律。结果表明:其等效应变、等效应变率、等效应力和温度分布都呈带状;随着刃带宽度的增大,最大等效应变和最大等效应变率先增大后减小;最大等效应力和最高温度无明显变化,几乎都在433 MPa和133℃左右波动;主切削力和进给抗力的大小也无明显变化。

关键词：大应变挤出切削有限元刃带宽度