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外文翻译物理上一种仿真模型纯钛合金正交切削的分段芯片的形成.doc
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1、 (Cooperative Institutinal Research Program协作机构研究规划) CIRP 编年史一制造技术 物理上一种仿真模型纯钛合金正交切削的分段芯片的形成关键词: 加工 造型 分段芯片切削模拟的精度取决于微观物理的知识,包括在切削过程的本体和微观组织演化模型。本文提出了一种增强的物理材料模型,表现了微观结构演变引起的流动软化在临界晶粒尺寸下的逆霍尔取效应。这个模型能通过有限元模拟和实验评价模拟分段芯片的正交切削中剪切带的形成与晶粒细化钛。结果显示良好的预测切割和推力,切屑形态和分割频率的精度。1简介 一个分段芯片通常是在切削材料中,具有低的热导率(例如钛及其合金)
2、。低导热系数产生的热积累在主剪切带,这会导致局部软化,剪切定位和芯片分割。这反过来又会导致不希望的振荡,多余的切削力和相关的振动,这回抑制刀具寿命和降低量产加工特征的表面质量和尺寸精度。分段芯片的形成已被模拟的几个采用不同的建模方法,以及记录在最近的主题论文 2 CIRP研究。基于剪切带中的空隙和裂缝观测,乌尔曼等人。 3 模拟分段切屑形成的韧性模型中的断裂机制。华和希沃布里 4 用基于能量的韧性断裂准则模拟分段切屑在切割ti-gal-4v形成。最近,calamaz等人。 5 提出了一个现象学对流行的约翰逊库克流动应力模型模拟切割ti-gal-4v芯片分割现象的修改。奥斯并对这一模型进行了进一
3、步的细化。 6 7他的同事研究不同的应用。路路达和umbrello 8使用一种类似的流动应力模型随着晶粒尺寸和硬度变化的演化方程由于动态再结晶的微观结构变化预测(DRX)在干燥和低温加工ti-gal-4v 。calamaz等人 5 还指出,应变软化可以归结为由动态恢复引起的微观结构的变化(DRV)和动态再结晶过程的主动在严重的塑性变形。丁和shin9提出了一种基于物理的材料模型利用位错密度作为唯一的影响因素内部状态变量。然而,他们只是模拟连续芯片的形成与模型。 在台湾的论文,最近开发出基于物理概念的模型 10 ,这是出于克服对移动位错的相互作用的力学与微观结构的障碍,通过将一个额外的变形机制,
4、允许扩展在工业纯钛切削分段芯片形成准确的模拟(CP-Ti)。具体而言,为了描述超细晶粒的材料行为是纯钛切削过程中剪切带中形成的,模型中引入了反Hall-Petch效应(ihpe),通常归因于晶界滑动 11 ,这是材料一种临界晶粒尺寸下的流软化模型。这使材料低于临界晶粒尺寸。该模型是作为一个用户定义的子程序在一个基于有限元的加工仿真软件AdvantEdge实施(第三波系统,美国)和模拟cp-ti。正交切削试验,以确定切削力和芯片特性,以仿真结果来评估性能的增强的模型。2。基于物理的本构模型一部分简要总结了以前开发的本构模型 10 的关键环节,这与连续的切屑形成的模拟交易,并讨论了ihpe模型增强
5、。热激活理论 12 ,一个金属的流动强度进行塑性变形的制定.对于热应力的叠加错位的热应力 如下的幅度的大小,取决于移动位错与短距离的障碍,如晶格摩擦和溶质原子的相互作用的强度。这部分是仿照使用Mecking和KOCKS【13 提出了如下的公式:其中,k是玻尔兹曼常数,T是绝对温度,G0是归一化的活化能在0k,是温度依赖的剪切模量,b是汉堡的幅度向量,是一个参考应变率,分析所需的压力克服短距离障碍在0k,p和q是定义与短距离相关的能量障碍的形状障碍的参数 无热应力应力之和的代表,所需克服的阻力位错运动由晶界提供Pq的强度与参数有关,P和G是移动位错晶界强度相关参数和位错林相互作用2种变量的位错密
6、度的内部状态。P,是平均晶粒尺寸,D的演化与变形在晶界的贡献来看,Q在式(3),参数G等于一个常数C,这在变形机制在传统Hall-Petch效应是积极的是独立的晶粒尺寸。临界晶粒尺寸小于(D),它是温度的函数,该ihpe是许多金属伴随着减少流动应力随晶粒尺寸的变化(图1)。为了捕捉到这个软化,用唯象方程建模:D和V是温度依赖性形式的参数如表格2,对于这种组合D和V,得到D 在,室温为10nm,这是根据协议与价值的报道中的各种金属而决定的 14 。图中传统的Hall-Petch效应反Hall-Petch效应进化(Refinement)的晶粒尺寸,D,由于连续动态再结晶;这发生在严重的塑性变形钛
7、15 ,模型如下一和B是温度和应变率相关的参数,D d是最初的晶粒尺寸和df是最终的结晶晶粒尺寸定义为Zener-Hollomon参数的函数Cz M是材料相关的参数。在这一术语中,代表了位错林的贡献p,位错密度的演化模型如下PHA是由于滑移引起的位错密度硬化和动态恢复过程(但在没有DRX)和由封闭的形式表达:P0是初始的位错密度,A和B是硬化和动态恢复参数。PA在完全再结晶的相应的位错密度晶粒结构。随着塑性应变的增加,位错消耗在动态再结晶形成新的细胞/晶界过程 16,这是仿照(7)式。在高应变率变形是受粘性阻力影响,阻碍了运动位错 17 。因此,流动的位错阻力分量应力为蓝本如下 10 :D是位
8、错(粘性)阻力系数3模型的校准从文学和/或从材料中使用的12被称为纯钛材料参数和常数实验,在表1中列出,其余十一个自由参数,这是不可用的在文献中,校准使用在 18 和表2中给出的可用数据。已知的材料参数和常数CP Ti参数 价值属性 出自裁定校准模型参数CP Ti4实验正交管切割实验在一个哈丁t-42 SP数控车床进行的采用工业纯钛(2级)一个接收显微结构等轴相晶粒平均直径的40微米为保证平面应变条件下,管壁厚度仅限于2毫米。要探索一个宽范围的应变和应变率,三个提供t= 0.1,0.2,0.3毫米)和五个切削速度(V 。= 20,80,100,140,180米/分钟)使用。每个测试条件被重复两
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