谢聪聪开题报告.docVIP

毕 业 论 文 开 题 报 告 TC4钛合金高速切削过程中绝热剪切的实验研究 学 院： 机械工程学院 班 级： 机自0821班 学生姓名： 谢 聪 聪 指导教师： 李 国 和 职 称 讲 师 2011 年 11月 14 日 毕业设计（论文）开题报告 课题题目 TC4钛合金高速切削过程中绝热剪切的实验研究 课题性质 A B C D E ■ □ □ □ □ 课题来源 A B C D ■ □ □ □ 成果形式 A B C D E ■ □ □ □ □ 同组同学 无 一、研究目的 1.1 研究背景和意义 高速切削机床和超硬材料刀具的迅速发展，极大地促进了高速切削加工技术的发展和应用。高速切削加工具有生产率高、切削力小、加工精度高、表面质量好、生产成本低、且可以加工难加工材料等优点，因而在航空航天、汽车、模具等制造领域得到了广泛的应用，已经成为切削加工技术发展的主流方向[1]。 与传统切削加工相比，高速切削加工在切屑形成、切削力学、切削热与切削温度、刀具磨损与破损等方面均有不同的特征，其中的一个主要特征就是在切削过程中会发生绝热剪切，从而形成锯齿形切屑。图1.1为切削过程中出现的带状切屑和锯齿形切屑，从图中可以看出，锯齿形切屑和带状切屑的差别非常明显。绝热剪切是材料在冲击载荷作用下发生的一种重要现象，普遍存在于爆炸复合、高速撞击、侵彻、冲孔、高速成型、高速切削等涉及冲击载荷的高速变形过程中[2-7]。绝热剪切是一种应变硬化、应变率硬化和热软化的耦合效应，高速切削过程中第一变形区的大应变、高应变率和热集中环境，恰恰有利于绝热剪切的出现。广义上讲，只要切削速度足够高，能够达到材料变形硬化和热软化的平衡，任何材料在切削过程中都有发生绝热剪切的可能[8]。因此，随着切削速度的不断提高，越来越多的被加工材料在切削过程中发生绝热剪切是必然的。 （a）（b） 图1.1切削过程中形成的带状切屑和锯齿形切屑 高速切削加工已经成为机械加工领域的主流技术。许多被加工材料在高速切削过程中都会发生绝热剪切，形成锯齿形切屑。高速切削过程中绝热剪切的出现，一方面可能会引起切削力的高频振动，加剧刀具磨损，影响加工表面质量；另一方面则可能会成为切屑裂纹或破坏的先导，有助于实现自动化加工中的自然断屑。无论绝热剪切对材料切削加工性的影响是正面的还是负面的，都需要判断绝热剪切在什么样的切削条件下发生，以便利用或避免这种现象。因此进行高速切削过程中绝热剪切的预测研究，对于促进高速切削技术的发展和应用都具有重要的理论意义和实用价值。 1.2 研究现状 Recht[9]最早对金属切削过程中绝热剪切的临界判据进行研究，对于塑性应变相当的两种材料，经推导，临界应变率的比值为 这就是著名的绝热剪切临界应变率准则。应该注意到，其结果是在忽略材料的应变率强化效应（即假设前提条件下得到的，只是在计算剪切区温度时才引入了应变率的作用，最后得到的判据也没有考虑应变和温度对绝热剪切的影响。所以，无法解释切削过程中除切削速度以外的其它切削条件（如切削厚度、刀具前角等）对绝热剪切的作用。 Xie等人[10]应用塑性滑移失稳简化理论分析了正交切削过程中锯齿形切屑的形成，用局部滑移特性参数β来预测和判断切削过程中绝热剪切的发生。 Balkrishna等人[11]对铝合金切屑形态随切削厚度变化的研究表明，随着切削厚度的增大，切屑从带状切屑转变为锯齿状切屑。 王敏杰等人[12]进行了正交切削实验,使用显微硬度计、金相显微镜及扫描电子显微镜(SEM),对两种回火硬度的结构钢30CrNi3MoV在不同切削条件下的切屑形态和绝热剪切带内材料组织特征进行了观察和分析。 庞俊忠等人[13]使用直径为12mm的TiAlN涂层整体圆柱立铣刀,以151～942m/min,对硬度为HRC41的P20淬硬钢进行了高速铣削试验,考察了各种切削速度下的切屑形态和切削力。 刘东等人[14]通过正交切削实验获得不同切削速度下的切屑,在扫描电镜下测量不同切削速度下切屑的微观几何形态与仿真结果进行比较。 王西杉等人[15]将锯齿形切屑称为半不连续切屑,将其形成过程分为弹性挤压和集中剪切两个阶段，认为集中剪切区的塑性变形能与切屑段区的弹性能释放有关，每个切屑单元形成后系统能量应保持在最低水平。 段春争[16]对30CrNi3MoV高强度钢以及庞俊忠等人[17-18]对P20钢和45钢的研究也都发现了随着切削速度的增加切屑由带状切屑向锯