淬 硬 轴 承 钢 锯 齿 形 切 屑 形 成 机 理

针对淬硬轴承钢在硬切削过程中产生的锯齿状切屑,建立了基于Abaqus/Explicit的正交切削热 力耦合有限元模型,仿真分析了AISI52100轴承钢在低、高速切削条件下锯齿状切屑的形成过程,其随时间变化的应力场、温度场和网格变形及其绝热剪切机理.结果表明：切削淬硬轴承钢时,首先在刀尖前方形成窄短的水平绝热剪切带;随着前刀面对工件材料的挤压作用增强,水平绝热剪切带由远离刀具的端部沿剪切平面扩展到自由表面;随着绝热剪切带的继续滑移,逐步形成了锯齿切屑而促使裂纹产生;切削速度效应加速了剪切带与自由表面交界处微裂纹的产生,并使微裂纹向刀尖扩展;第2变形区的摩擦对锯齿切屑起到了增强作用.     

硬态车削轴承钢GCr15切屑形成机理分析

使用有限元仿真软件ABAQUS对硬态车削淬硬轴承钢GCr15（62HRC）的切削过程进行仿真,从切屑形态出发,结合切削力和切削温度等场量对切屑的形成过程进行分析.结果表明：在低速（60 m/min）切削时,没有形成明显的绝热剪切带而形成了连续切屑;在高速（181 m/min）切削时,形成了锯齿状切屑和绝热剪切带,且因绝热剪切区的热软化效应而使材料的承载能力下降,切削力发生波动;在高速切削时,工件与切屑自由表面处出现了微裂纹,并在一定程度上沿绝热剪切带而向刀尖方向扩展,使得锯齿更加明显,导致切削力“二次下降”并推迟了下一锯齿节块的形成;硬态车削淬硬轴承钢GCr15的绝热剪切是形成锯齿状切屑的前提,而周期性微裂纹的出现和扩展则是源于绝热剪切作用下材料发生的韧性断裂.     

正交切削淬硬45钢绝热剪切临界条件实验研究

进行了3种硬度淬硬45钢的正交切削实验,通过金相观测研究了切削条件对第一变形区绝热剪切的影响,得到了淬硬45钢在正交切削过程中的绝热剪切临界切削条件,并分析了平均切削力和切屑变形.结果表明：淬硬45钢的绝热剪切临界切削速度随着切削厚度的减小或刀具前角的增大而增大.材料硬度越高,临界切削速度越小.在绝热剪切发生时,平均切削力不发生突变.在绝热剪切发生之前,带状切屑的变形系数随着切削速度的增大而减小,并逐渐趋近于1.     

切削大变形对材料微结构及硬度的影响

在金属切削过程中,剧烈的大剪切变形可以产生具有超细晶结构的切屑,从而使其获得比本体材料更高的硬度和强度.文中比较了不同的金属和合金在各种刀具前角和切削速度下,切屑上产生的剪应变、切屑的微结构及硬度的变化规律.实验结果显示:随着刀具前角的减小,切屑的微结构显著细化,其硬度随之极大提高;切削速度的减小提高了切屑的硬度,但对其微结构的影响不甚明显;采用负前角刀具在较低的切削速度下能加工出具有超细晶结构和高硬度的切屑材料,而切削速度的提高将使大剪切变形引起的硬度增长变缓.     

切削强烈塑性变形对材料微结构及硬度的影响

金属切削过程中,剧烈的大剪切变形可以产生具有超细晶结构的切屑从而使其获得了比本体材料更高的硬度和强度。本文对比了不同的金属和合金在各种刀具前角和切削速度条件下,切屑上产生的剪应变、切屑的微结构及其硬度的变化规律。实验结果显示随着刀具前角的减小切屑的微结构得到显著细化,其硬度随之得到极大地提高;而切削速度的减小提高了切屑的硬度但其微结构的变化不甚明显;采用负前角刀具在较低的切削速度下能加工出具有超细晶结构和高硬度的切屑材料,而切削速度的提高将使大剪切变形引起的硬度增长减弱。     

高速切削淬硬钢主剪切区绝热剪切失稳微观机理研究

使用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对高速切削淬硬30CrNi3MoV高强度钢形成的锯齿状切屑主剪切区内材料微观特征进行了观察,并对绝热剪切失稳的微观机理进行了分析.微观观察和分析结果表明,绝热剪切带中心由平均直径0.4～0.6μm的细小等轴晶粒组成,过渡区内为碎化并沿剪切方向拉长的马氏体板条组织.锯齿状切屑的形成应归因子主剪切区材料绝热剪切失稳的发生,在此过程中,动态回复和再结晶成为微结构演化的主要冶金过程,绝热温升起到了关键作用.等轴晶组织的形成机制为旋转式动态再结晶.     

A Novel Technique to Manufacture Nanostructured Materials by Machining

超细晶和纳米晶材料通常比其粗晶材料具有更高的硬度、强度和更好的耐磨性.切削是一种大批量、低成本制造纳米结构金属和合金的新颖方法.切削是一种典型的大应变加工工艺,它可以在切屑成型的一个单一的变形过程中施加更大的应变,而且也适合高强度的金属和合金,克服了剧烈塑性变形方法的局限性.详细介绍了切削加工的大应变变形、切屑的微观结构和性能,同时提出了一些改进措施和发展前景.     

A Novel Technique to Manufacture Nanostructured Materials by Machining

超细晶和纳米晶材料通常比其粗晶材料具有更高的硬度、强度和更好的耐磨性。切削是一种大批量、低成本制造纳米结构金属和合金的新颖方法。切削是一种典型的大应变加工工艺,它可以在切屑成型的一个单一的变形过程中施加更大的应变,而且也适合高强度的金属和合金,克服了剧烈塑性变形方法的局限性。本文详细介绍了切削加工的大应变变形、切屑的微观结构和性能,同时提出了一些改进措施和发展前景。     

纯铁切屑形成特征及影响因素研究

采用正交切削试验,研究了纯铁材料在不同切削速度下切屑形成特征及变形机理,开展了刀具前角、切削用量、冷却润滑方式等切削工艺参数对纯铁切屑变形规律的影响试验.结果表明,纯铁切屑呈现显著的剪切滑移变形特征,切削工艺参数仅对切屑中晶粒的变形程度产生影响;低速切削时切屑在前刀面上具有"滑-停-滑"现象,晶粒破碎严重,而高速时停留现象减小甚至消失,晶粒呈拉伸状变形;随着切削速度和刀具前角的增加,切削力、切屑变形系数显著减小,切削力则随进给量的增加而增加,但切屑变形系数则呈减小趋势;相同切削用量时,水冷方式下切削力和切屑变形系数最小,而干切时最大.试验结果对纯铁材料选择合适的工艺参数以改善其加工性能具有重要的参考意义.     

Ti6A14V 高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制

为了给钛合金的切削加工工艺制定提供参考,对Ti6A14V高效切削加工中绝热剪切带内微观组织演变及其形成机制进行研究。将Ti6Al4V看作切削材料,在不同情况下完成切削,选择有代表性的切屑当成制作金相的样本,给出切削实验工艺参数。选用蔡司金相显微镜对金相组织进行观察,通过Digimizer对锯齿金相的齿距、自由表面、带倾角和带宽进行测量,以体现锯齿化程度。针对金相样本,通过绝热剪切带内微观组织演变方法研究了切削速度和刀具前角对切屑的影响,以及进给速度对锯齿成形的影响,分析了Ti6Al4V切削形成机制。结果表明,在切削速度与进给速度逐渐增加,刀具前角从正值变化至负值的情况下,Ti6Al4V切削锯齿化程度增强;在切削速度、进给速度增加,刀具前角降低的情况下,绝热剪切程度增强;Ti6Al4V切削形成符合热（粘）塑性失稳机制。     

陶瓷刀具切削淬硬轴承钢切屑形态的研究

本文分析了陶瓷刀具切削淬硬ＧＣｒ１５轴承钢生成的锯齿形切屑形态，切屑不同部位的金相组织和硬度分布及切屑底部的脆变剥落现象，研究了据齿形切屑变形过程，变形程度的定量化分析，切屑形态的转变，切屑形态与陶瓷刀具初期破损的关系。     

合金材料锯齿形塑性失稳的实验研究与机理分析

轻质高强度合金具有重要的应用背景,而其机理仍未解明的锯齿型塑性失稳现象制约了它们的应用,同时该问题也是材料科学家关注的一个热点问题.基于实验力学的研究,作者所属的光测细观力学课题组提出用动态散斑方法研究合金材料锯齿形屈服剪切带,观察到带形成演化和传播的时空特征、带内应变动态分布和剪切带雪崩变形时拉伸试件的瞬态收缩变形;用固溶处理方法调节合金材料内部溶质原子浓度和析出纳米相颗粒大小与分布,观察到随之变化的锯齿与剪切带的时空特征演变,发现了溶质原子浓度与析出相颗粒这两种因素分别在不同固溶处理温度对动态应变时效起主导作用;建立了基于溶质原子与位错交互作用的物理唯象模型,得到不同加载应变率下与实验相符的锯齿形加载曲线,再现出锯齿形加载曲线和带反复传播的轨迹.     

切削过程中剪切区微观组织演化的预测模型

金属切削过程中强烈的热力载荷会引起切屑内微观组织的变化.为了反映材料微观组织对剪切区力学行为的影响,提出了一种基于位错密度的剪切区微观组织演化解析模型,对切屑形成过程中塑性变形引起的微观组织演化过程进行了建模.首先,使用非等距剪切区解析模型计算出剪切区应变和应变率的分布;然后,用基于位错密度的材料模型替换Johnson...     

高速铣削镍基高温合金GH3039切屑变形研究

为探讨高速切削中切屑的微观形态和变形机理,以镍基高温合金GH3039为基体,采用单因素铣削实验的方法,对锯齿形切屑变形机理及切屑进行了相关研究。分析了高速铣削状态下锯齿形切屑的演变过程,切削参数的改变对锯齿形切屑的影响,使用Digimizer测量软件对不同切屑参数下的切屑进行测量分析。结果表明：在高速铣削加工状态下,切屑形态为锯齿形切屑,并随着铣削速度的提高,锯齿形切屑频率增高,铣削深度和每齿进给量对切屑形态无太大影响;剪切角随铣削速度的增高而增大,锯齿化程度越来越高;铣削速度的变化对切屑有决定性的影响,是形成锯齿形切屑的重要因素。     

铜化学机械抛光材料去除机理的准连续介质法研究

采用准连续介质力学方法研究了铜化学机械抛光过程的机械作用材料去除机理.模拟了不同大小磨粒在单晶铜工件上的磨削过程,分析了切削过程中工件内部材料变形、切屑的形成以及工件内部应力分布和切削力变化.研究结果表明,工件内部材料沿着与切削方向约45°变形形成剪切带,在剪切带区域伴随有位错、滑移等现象产生.磨粒较小时加工后的表面质量较差,磨粒较大时加工质量较好,但会造成工件内部较大的塑性变形与更深的残余应力分布.磨粒尺寸变化对于切向切削力影响不大.     

高强度钢正交切削过程中剪切变形局部化研究

通过正交切削实验对高强度钢30CrNi3MoV锯齿形切屑内剪切变形局部化的临界切削条件和绝热剪切带的分布规律以及微结构特征进行了研究．结果表明,因切屑剪切区内发生剪切变形局部化,在一定临界切削速度下切屑由带状屑转变为锯齿形切屑;对临界切削速度的理论预测和实验结果基本一致．随着切削速度的增加,剪切带的宽度和间距随之减小．在锯齿形切屑内发现两种剪切带即形变剪切带和白色剪切带．TEM观察表明,白色剪切带中心为等轴晶粒,剪切带内的组织结构经历了一系列复杂的演变过程．     

金属切屑中绝热剪切变形

分析金属高速变形的绝热剪切塑性失稳现象,并引入金属切削领域,阐述金属切屑中热塑失稳机理,并讨论绝热剪切带的特征.     

基于SEM的原位纳米切削实验研究

利用自主研制的纳米切削装置,对单晶铜材料开展了基于SEM在线观测的原位纳米切削实验.分析了纳米尺度切削深度为10~200,nm时的切屑形态以及材料去除机制.研究了金刚石刀具刃口半径以及切削速度对切屑变形系数的影响.结果表明,随着纳米尺度切削深度的减小,切屑变形系数逐渐增大,且当切削深度小于刀具刃口半径时,切屑变形系数急剧增大.此外,刃口半径和切削速度对切屑变形系数也有着重要的影响.刃口半径越大,切屑变形系数越大,而切削速度越快,切屑变形系数越小.     

高速车削碳钢工件表面的微观形貌和结构特征

根据对中碳钢所进行的高速车削实验的观察，对高速车削工件表面微观形貌和表层微观结构的形成过程及其特征进行了分析研究．结果表明，切削速度和材料硬度是决定切削过程中材料变形的主要因素，切削热使被切削材料产生高温软化，形成特有的工件表面犁垄和熔融金属涂抹现象，工件表层材料因切削高温出现二次淬火及回火现象，显微硬度发生改变，并出现了硬脆的白层组织．切削过程中的刀一工相对运动和切削热现象对已加工表面的形成起着至关重要的作用，随着切削用量增大，切削热和摩擦热增大，形成了高速车削工件表面特有的微观形貌和表层微观结构．     

基于多尺度晶粒细化演变的TC4加工表层硬度预测

表面层微观组织结构变化决定了零件的宏观性能，准确实现零件加工表层微观组织演变预测，进而提高零件加工表层力学性能(如硬度)，是改善零件服役效能以及实现零件长服役寿命可控加工的一种有效方法。切削加工是钛合金TC4零件制造工艺中最基本的加工方法之一，切削过程中材料的剧烈塑性变形导致TC4加工表层微观组织变化复杂，本文针对TC4切削过程中的晶粒细化现象，对不同切削速度(100 ～ 500 m/min)下TC4组织结构多尺度分布特征、晶粒细化演变规律及其对表面材料硬度影响进行了研究。结果表明：TC4加工表层介观尺度(10^-6 ～ 10^-5 m)晶粒细化程度随切削速度提高呈现先增大后减小趋势，切削速度为300 m/min时，加工表面晶粒细化程度达69. 7%，切屑剪切带晶粒尺寸细化至2 ～ 6 μm；微观尺度(10^-8 ～ 10^-7 m)上表现为复杂位错组态和纳米孪晶，纳米孪晶类型主要为 ■压缩孪晶，且纳米孪晶在较高切削速度(> 200 m/min)下产生；基于修正的Z-H晶粒细化模型和纳米孪晶体积分数预...