車(chē)銑復(fù)合下刀架單元設(shè)計(jì)【4張CAD圖帶】

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附錄 1：外文翻譯切割時(shí)材料阻力特性的測(cè)定瓦萊麗·庫(kù)什納，邁克爾·斯托切克俄羅斯國(guó)家技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程與材料科學(xué)系德國(guó)斯圖加特大學(xué)機(jī)床研究所(IfW)。摘要本文提出了考慮應(yīng)變率、切削材料應(yīng)變率和切削溫度作為材料阻力在本構(gòu)律上的剪切特性的具體變形工作。研究并確定了在絕熱條件下，具體變形工作和屈服應(yīng)力對(duì)變形的影響。由于其與變形溫度的關(guān)系密切。此外，還研究了切削過(guò)程中實(shí)驗(yàn)測(cè)定的可能性。在此基礎(chǔ)上建立了晶片形成區(qū)和耙面堆積區(qū)的屈服應(yīng)力最大值?？紤]了應(yīng)變局部化條件下切割材料在等溫條件下的軟化現(xiàn)象。此外，本文還介紹了在切屑形成區(qū)域的軟化和切削刃的傾斜面上的材料電阻的變化。1 介紹在模擬的和實(shí)際的熱工機(jī)械過(guò)程中，模擬的和實(shí)際的熱機(jī)械過(guò)程之間存在較大差異的主要原因是[1]。這尤其涉及到材料模型[2], [3]，對(duì)它們的假設(shè)極大地影響了計(jì)算合力和切削溫度的精度。許多研究人員，包括[4], [5]在內(nèi)，都非常重視在切削過(guò)程中對(duì)大應(yīng)變、高應(yīng)變率和溫度的塑性變形的材料阻力進(jìn)行建模。變形材料的屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度的依賴(lài)性，被稱(chēng)為本構(gòu)定律，在這里由上述參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)描述，對(duì)于不同的變形區(qū)域是相同的。這些方程的特點(diǎn)是將應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度作為獨(dú)立變量考慮。這種本構(gòu)方程的一個(gè)例子是 johnson - cook 模型[5]，經(jīng)常在加工過(guò)程中使用，[5]，[6]等。這些本構(gòu)方程代表了這三個(gè)變量的屈服點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)關(guān)系:測(cè)試材料的應(yīng)變、應(yīng)變率和溫度。它們可以用來(lái)描述材料在標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法中的變形。但在切削過(guò)程中，這些方程并不反映加工材料變形的特性。這是因?yàn)槿齻€(gè)變量中的兩個(gè)，即應(yīng)變速率的商和溫度的升高，并不是獨(dú)立于切割的。因此，它們必須建立起來(lái)。為了模擬屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)變切割的依賴(lài)性，有必要將溫度的升高轉(zhuǎn)化為依賴(lài)變量。在此基礎(chǔ)上，必須考慮屈服點(diǎn)在切削過(guò)程中的依賴(lài)程度，不能直接由實(shí)驗(yàn)間接決定。對(duì)變形的依賴(lài)可以通過(guò)對(duì)變形工作的依賴(lài)程度進(jìn)行分析來(lái)得到。利用特定的變形工作作為材料抗變形的抗變形性，在切削過(guò)程中典型的淬火，保證了不可能忽略屈服點(diǎn)。首先，還可以從特殊變形工作中得到溫度的升高[7]具體的變形工作是通過(guò)在晶片成形區(qū)域內(nèi)的特定切向力來(lái)建立的[8]。溫度以某一特定的方式在晶片形成區(qū)域和聚集區(qū)域的變形分布上，取決于剪切帶的散熱條件以及溫度與機(jī)加工材料的屈服點(diǎn)之間的關(guān)系[7]。此外，本構(gòu)方程用于描述材料在拉伸/壓縮試驗(yàn)中對(duì)塑性變形的阻力的規(guī)律，在切割時(shí)不能應(yīng)用于不同的變形區(qū)域，因?yàn)檫@些依賴(lài)關(guān)系。對(duì)于不同的變形區(qū)有不同的定義[7]。在確定材料去除過(guò)程模型的屈服點(diǎn)時(shí)，必須考慮到這一點(diǎn)。本文介紹了材料對(duì)切削過(guò)程阻力的分析結(jié)果。認(rèn)為特殊的變形工作是一種阻力特性，保證了加工過(guò)程中不同剪切帶的材料變形特性。2. 切削加工材料的變形特性。在相同的最終溫度下，晶片成形區(qū)和楔片表面與晶片之間的塑性接觸區(qū)，應(yīng)變和相應(yīng)的溫度分布都有很大的差異[9]。由于這種情況，在不同溫度下的應(yīng)變速率大致相同。溫度對(duì)屈服點(diǎn)的最大影響是在楔子和晶片之間的塑性接觸面積上發(fā)生應(yīng)變率的函數(shù)。這是因?yàn)榍懈顪囟仍谶@個(gè)區(qū)域達(dá)到最大值。因此，對(duì)于不同溫度的變形區(qū)域，不同的變形區(qū)域必須開(kāi)發(fā)不同的材料抗塑性變形模型。在非均勻剪切過(guò)程中，材料變形的具體特性是形成了不同的變形區(qū)域。一方面，有些地區(qū)存在相對(duì)較小的應(yīng)變和低溫，而這些地區(qū)的材料是硬化的。另一方面，有大的帶狀和高溫的區(qū)域形成，材料被軟化。大量的熱耗散可能導(dǎo)致芯片形成區(qū)絕熱塑性流動(dòng)的穩(wěn)定損失[10]。這是一個(gè)靠近芯片形成區(qū)邊界的狹窄區(qū)域的必要條件和區(qū)域構(gòu)造變形[11]。因此，如果機(jī)械材料的淬火在其軟化過(guò)程中占主導(dǎo)地位，變形就不能在一個(gè)狹窄的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。因此，可以將晶片形成區(qū)(原剪切帶)作為一種相對(duì)較寬的平行邊界或兩個(gè)區(qū)域來(lái)表示，即絕熱變形條件普遍存在且材料硬化的廣闊區(qū)域，以及等溫變形條件下的窄區(qū)域[10]。圖 1 描述了切割[12]時(shí)芯片的紋理，并分析了不同剪切帶中普遍存在的過(guò)程。圖顯示切屑的面積(A),形成的區(qū)域切屑接觸傾斜面(B,C 和 E)以及毀滅性打擊的工具與工件的接觸(D、G)的毀滅性 B 和 C。這標(biāo)志著塑料接觸傾斜面,摘要是彈性接觸面積 G 標(biāo)志著塑料接觸在間隙的臉,和區(qū)域 D 標(biāo)志著彈塑性接觸。晶片形成區(qū) A 有條件地劃分為兩個(gè)區(qū)域:一個(gè)具有平行邊界的窄區(qū)，在其中，主要的剪切材料的應(yīng)變發(fā)生主區(qū)之后，而一個(gè)帶相對(duì)較小應(yīng)變的寬闊區(qū)域，發(fā)生在主區(qū)之前。在廣闊的地區(qū)是材料絕熱，在狹窄的區(qū)域是材料等溫軟化。當(dāng)模擬材料在成片區(qū)域軟化的規(guī)律時(shí)，必須考慮到絕熱剪切的穩(wěn)定性損失。這種穩(wěn)定性損失導(dǎo)致了在靠近切屑形成區(qū)域邊界的一個(gè)狹窄區(qū)域內(nèi)的變形的局部化(s.圖 1)。楔塊與晶片之間的接觸的累積區(qū) B 的特征是相對(duì)較小的變形。在塑性接觸區(qū) C 中，有較大的塑性變形和高于 B 區(qū)的溫度。B 區(qū)的變形條件是接近于絕熱的，如果積累區(qū)域B 的溫度高于晶片顆粒的變形溫度。在塑料觸點(diǎn) C 的區(qū)域，材料的熱軟化主要是由于材料在高溫下由于應(yīng)變率的影響而使材料硬化而得到部分補(bǔ)償。在楔形和工件的側(cè)面之間的接觸區(qū)域 G 中發(fā)現(xiàn)了機(jī)械加工材料力學(xué)性能變化的機(jī)理。這里可以注意到。B 地區(qū)的溫度分布比 A 區(qū)更均勻，B 區(qū)的屈服點(diǎn)必須大于 A 區(qū)。與晶片形成區(qū)材料電阻的模擬類(lèi)似，對(duì)塑性變形的材料阻力也要在二次區(qū)中進(jìn)行描述，而在楔板與芯片的接觸區(qū)域之間通過(guò)使用兩種不同的模型來(lái)描述。在材料硬化的情況下，通過(guò)具體變形工作的依賴(lài)性和屈服點(diǎn)對(duì)屈服點(diǎn)的最大屈服點(diǎn)進(jìn)行描述。在C 區(qū)，隨著材料的軟化，它被描述為。溫度對(duì)溫度的軟化影響和應(yīng)變率的相對(duì)變化對(duì)溫度的影響程度有較大的影響。通常情況下，楔形閘板與切割片之間的接觸區(qū)域分為兩個(gè)相同長(zhǎng)度的子區(qū)域:塑料接觸區(qū) C 1 和彈性接觸區(qū) C E -圖 2。區(qū)域 C 1 被劃分為兩個(gè)部分:材料硬化的面積和材料軟化的面積。在晶片形成區(qū) A 和積累區(qū) B 的絕熱變形條件在應(yīng)變分布上存在差異。如果對(duì)這些區(qū)域的紋理線的變化進(jìn)行分析，可以認(rèn)為，在晶片形成區(qū) A 的應(yīng)變分布比 B 區(qū)更均勻[10]。那為什么切屑形成地區(qū)平均溫度應(yīng)該低于區(qū)域 B,因?yàn)榍行贾械膽?yīng)變分布更加不均勻形成區(qū)域 A 比堆積區(qū)(圖 2)和平均溫度相應(yīng)降低,屈服點(diǎn) q 0 在堆積區(qū) B 應(yīng)該大于最高產(chǎn)量點(diǎn)在切屑內(nèi)形成面積 A。這適用于 G（圖 2 s)。這一假設(shè)與眾所周知的事實(shí)相對(duì)應(yīng)，即在楔形板的傾斜面上形成了相對(duì)較低的切削溫度[12]，因?yàn)樵诒３制渥冃慰沽Φ幕A(chǔ)上，其硬度必須大于通過(guò)晶片成形區(qū)的材料的硬度[12]。3 特定變形功的測(cè)定。應(yīng)變速率對(duì)屈服點(diǎn)的影響隨溫度的變化而變化。溫度和速率因子如何影響產(chǎn)量點(diǎn)的增加，被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)因子 K 。應(yīng)變速率和相應(yīng)的溫度對(duì)動(dòng)力學(xué)因子的影響顯著[7]。在剪切過(guò)程中，在變形區(qū)域內(nèi)的實(shí)際速度場(chǎng)的確定是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，而且是一個(gè)尚未解決的問(wèn)題，在切割時(shí)的應(yīng)變速率只能粗略估計(jì)一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)的精度[12]。據(jù)估計(jì)，與拉伸/壓縮試驗(yàn)相比，切割時(shí)應(yīng)變率的相對(duì)變化值為 。這樣，就有8710?可能假設(shè)在切割和強(qiáng)度/壓縮試驗(yàn)中，應(yīng)變率的系數(shù)是恒定的。因此，利用一個(gè)乘數(shù)，就可以通過(guò)單一的同源溫度的指數(shù)函數(shù)，來(lái)表示同源溫度對(duì)屈服點(diǎn)的影響:（1）mdTKdTdTeKK0**238*810)10( ???????在切割和拉伸/壓縮試驗(yàn)中，應(yīng)變率的近似常數(shù)是多少?卡爾的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)考慮了在低溫下應(yīng)變速率增加的直接影響?k 是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，它代表了溫度升高對(duì)屈服點(diǎn)的影響，通過(guò)應(yīng)變速率的變化。具體的變形工作是用來(lái)確定淬火措施的特性，因?yàn)樗苯优c加工特性有關(guān)。因此，特殊切向力的商是多少?t 和真正的極限強(qiáng)度 R t 強(qiáng)度/壓縮試驗(yàn)可以表示為一個(gè) w 和最終變形的具體變形量的商，或從 0 到的不同變形的屈服點(diǎn)的積分[7] ptwttttt dRAVvbaFbaRF ???????? ???? 022 1)sin(*)sin(*(2))cos(*,)cos(i)si( 22 rVrKVtatw ?????特定的切向力這里 t 是收益率點(diǎn)的均值。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)特定的變形工作1?進(jìn)行區(qū)分，得出了屈服點(diǎn)對(duì)應(yīng)變的依賴(lài)性:（3）??pwtpdAR???通過(guò)對(duì)屈服點(diǎn)的積分，確定了具體變形對(duì)應(yīng)變的依賴(lài)程度。關(guān)于變形溫度對(duì)屈服點(diǎn)的影響，以及溫度與特殊變形工作之間的聯(lián)系。在不同的溫度條件下，溫度的升高與變形的具體變形之間存在著較簡(jiǎn)單的相關(guān)性。在高速切削時(shí)，通常在相對(duì)較小的變形區(qū)域內(nèi)的絕熱變形條件。在這些地區(qū)，材料的硬化主要是由于其熱軟化。這種情況發(fā)生在晶片形成區(qū)的廣闊區(qū)域，在楔形的耙面上的堆積區(qū)，接近于[8][0]:（4）mvwTCRAdT*,1??是無(wú)量綱復(fù)合體，為機(jī)加工材料的特性容積熱容。如果絕熱條件斷裂，則相關(guān)1A的變形溫度和變形條件變得復(fù)雜得多，因?yàn)楸仨毧紤]到變形區(qū)域內(nèi)的熱耗散。因此，不同的模型將被用于描述材料變形的硬化過(guò)程，在絕熱變形條件下，以及在等溫變形條件下發(fā)生的軟化過(guò)程。4 晶片成形區(qū)的材料變形模型。4.1 在絕熱變形條件下加工材料硬化模型。摘要為了描述在絕熱變形條件下的材料抗切割特性，在晶片形成區(qū)和次生帶的累積區(qū)中，典型的材料淬火是材料硬化的典型特征，在應(yīng)變、應(yīng)變的情況下，比率和溫度采用以下方程近似于屈服點(diǎn)的依賴(lài)關(guān)系：（5）)*exp(*)exp()*e(* dTBKAdTbKAR mpmptp ???? ???A 是無(wú)量綱復(fù)合體，是沿 z 軸的相對(duì)延伸，m 是變形硬化的經(jīng)驗(yàn)確定參數(shù)，B 是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)考慮應(yīng)變率和溫度對(duì)屈服點(diǎn)的聯(lián)合效應(yīng)，K 是應(yīng)變率對(duì) a 的影響的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)部分恒定的平均溫度。在材料硬化條件下，如果屈服點(diǎn)被特殊變形工作(5)所取代，則可以考慮應(yīng)變、應(yīng)變速率和溫度的影響，以及它們與特定變形工作的相互作用，以微分方程形式:（6）0),*exp(*1???pwmpw dforABKAd ???具體變形如何工作 A W 取決于材料硬化狀態(tài)下的應(yīng)變，通過(guò)積分式(6)[7]:（7）,1*211????????pwmpwKInB由于(4)的關(guān)系，在加工過(guò)程中，特殊變形工作的依賴(lài)(7)是否允許對(duì)流動(dòng)曲線的分析方程進(jìn)行微分，在絕熱材料中，對(duì)溫度和應(yīng)變速率的影響: （8）0,)*1(*1?????pmpmptp dforKBAKAR ????4.2 在等溫變形條件下加工材料軟化模型。圖 3 說(shuō)明了屈服點(diǎn)在拉伸試驗(yàn)中切向屈服點(diǎn)時(shí)的依賴(lài)性。在絕熱變形條件下，根據(jù)式(8)提出。理論曲線 1 對(duì)材料硬化的響應(yīng)面積，減小函數(shù)面積對(duì)應(yīng)于材料軟化下絕熱變形條件。隨著應(yīng)變溫度的升高，屈服點(diǎn)逐漸減小。這就導(dǎo)致了靠近芯片形成區(qū)域邊界的狹窄區(qū)域的形變。圖 1、區(qū)域 A)和從絕熱到熱變形條件的過(guò)渡[8]。該材料在晶片成形領(lǐng)域的變形是一種理想塑性材料，其屈服點(diǎn)的穩(wěn)定性水平取決于真正的最終剪切力:（9）???????pp????????wppwppp byby?????????????5. 在楔塊與晶片之間的接觸區(qū)域內(nèi)的材料阻力模型。堆積層 B 的變形條件。圖 1 和圖 2)幾乎是絕熱的。本文描述的屈服點(diǎn)有如下方程，類(lèi)似于公式(8)，它是關(guān)于耙面與切屑之間的接觸變化的:11bp **sq ??????????mpqmpqKBAKA??qqmBA?? ???????10 )(,?（10）晶片形成區(qū)域 A 的平均溫度要比 B 區(qū)低[6], [12]。相應(yīng)地，動(dòng)態(tài)系數(shù) K q，表明溫度應(yīng)變率因子如何影響屈服點(diǎn)，該區(qū)域比動(dòng)力因子 K 更大?嗎?(s.第 3 章)芯片形成區(qū)域 A。外推的動(dòng)力系數(shù)與相應(yīng)的溫度(1)對(duì)應(yīng)的高溫度對(duì)應(yīng)的材料在耙面接觸時(shí)的變形情況，表明動(dòng)態(tài)系數(shù)可能會(huì)增加。因此，當(dāng)切割 AISI 1045 時(shí)，其動(dòng)力系數(shù)可以從 5 到7 變化，在 950 ~ 1150 之間的楔形溫度上切割 AISI 1045。溫度對(duì)溫度系數(shù) K 的直接軟化效應(yīng),可近似于下列函數(shù):（11）BTK????????01?材料的屈服點(diǎn)溫度隨溫度的升高而降低。隨著溫度的升高，屈服點(diǎn)的相應(yīng)溫度會(huì)降低。在切削過(guò)程中，在耙面與晶片之間的塑性接觸面積上，溫度對(duì)屈服點(diǎn)的直接軟化效應(yīng)，主要是通過(guò)增加動(dòng)態(tài)系數(shù)[7]的間接硬化效應(yīng)來(lái)補(bǔ)償?shù)?。由于?yīng)變率的這種顯著的間接影響，解釋了為什么在切削過(guò)程中，溫度對(duì)斜面上的特定切向力的影響比強(qiáng)度/壓縮試驗(yàn)要小得多[8]。因此，導(dǎo)致剪切屈服點(diǎn)變化的唯一因素是其在耙面與芯片之間的塑性接觸面積上的高值。因此，可以用下面的方程來(lái)描述斜面上屈服點(diǎn)的依賴(lài)程度，表明溫度的直接軟化效應(yīng)和應(yīng)變率的間接硬化效應(yīng):??????????????mdTKq0*01?（12）6 對(duì)已開(kāi)發(fā)模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)對(duì) AISI 1045[11]車(chē)削過(guò)程中所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，比較了在切割過(guò)程中所得到的具體變形量的計(jì)算結(jié)果，結(jié)果表明，該模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，如圖 4 所示。在拉伸試驗(yàn)中，特殊變形工作的數(shù)值與機(jī)械加工中不一致。這里的屈服點(diǎn)對(duì)實(shí)際剪切力的依賴(lài)關(guān)系到特定切向力的依賴(lài)程度?t 在實(shí)際的真切變上[8]。然而，這一協(xié)議并不適用于所有的機(jī)械加工條件。在窄范圍內(nèi)將應(yīng)變局部化，增加了變形溫度對(duì)具體變形工作和屈服點(diǎn)的影響。計(jì)算的特定的切線力與實(shí)驗(yàn)值一致(圖 3，曲線 1 和 5)，證實(shí)了在相同條件下，應(yīng)變的局部化和屈服點(diǎn)的恒定依賴(lài)的假設(shè)。依賴(lài)(12)與實(shí)驗(yàn)和理論數(shù)據(jù)一致-圖 5。因此，可以認(rèn)為，熱流密度的分布或剪切屈服點(diǎn)的分布與耙面與晶片之間的塑性接觸帶的溫度有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值方法求解一個(gè)統(tǒng)一的問(wèn)題，建立了該算法[6]。 7 結(jié)論變形溫度的增加可以通過(guò)在晶片形成區(qū)域的廣泛區(qū)域內(nèi)的絕熱變形條件和耙面的堆積層的具體變形工作來(lái)表達(dá)。假設(shè)這些變形條件對(duì)應(yīng)。相對(duì)較小的壓力。標(biāo)準(zhǔn)化拉伸/壓縮試驗(yàn)的本構(gòu)方程可以轉(zhuǎn)化為切割中絕熱條件的微分方程，描述了具體的變形工作是如何依賴(lài)于應(yīng)變的。通過(guò)對(duì)微分方程的積分和對(duì)具體變形工作的進(jìn)一步微分，可以得到具體的變形功和屈服點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)變的關(guān)系。在晶片成形區(qū)和堆積區(qū)上的屈服點(diǎn)的理論依賴(lài)性表現(xiàn)為凸起、幾乎穩(wěn)定的曲線。如果不超過(guò)對(duì)屈服點(diǎn)理論最大值的變形反應(yīng)，則在這里占優(yōu)勢(shì)的熱變形條件。在另一種情況下，一些變形的部分靠近切屑形成區(qū)域的邊界。這導(dǎo)致了材料的軟化。結(jié)果表明:耙面堆積層的變形量大于晶片形成區(qū)。這與區(qū)域內(nèi)不同的溫度分布有關(guān)。在晶片與楔形面的塑性接觸面積上，由于應(yīng)變速率對(duì)屈服點(diǎn)的影響，在溫度的影響下，加工材料的軟化現(xiàn)象得到了補(bǔ)償。應(yīng)變速率的影響表現(xiàn)在材料的硬化上。致謝：在德國(guó)研究基金會(huì)(DFG)資助下，該項(xiàng)目在“確定加工材料的力學(xué)性能的概念發(fā)展”項(xiàng)目中獲得了成果。作者感謝 DFG 的支持，這是非常感謝的。附錄 2：外文原文- 34 -- 35 -- 36 -- 37 -38