硬态切削表面残余应力分析研究

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1、学术论文RESEARCH*硬态切削表面残余应力分析研究StudyonSurfaceResidualStressofHardCutting西北工业大学机电学院李万钟屈健康李娜娜徐颖强中航光电科技股份有限公司郭彩虹[摘要]以轴承钢GCr15为研究对象，根据热-聚晶立方氮化硼（PCBN）的出现，使得精密切削加工淬弹塑性有限元理论，建立了热力耦合的二维正交硬态硬钢成为可能，产生了“以车带磨”的硬态切削加工技切削模型。根据硬态切削的特点，在硬态切削有限元术。该技术具有加工效率高、污染小、加工柔性较高等模型中设置了未预先设置分离

2、线的点面接触并选择了优点，可大大降低成本、减小污染，已经在模具、轴承、齿Johnson-Cook材料本构模型，通过有限元分析计算，得轮、机床、汽车制造业及航空航天工业等领域得到了应到了不同切削参数和刀具几何参数条件下已加工表面用。残余应力的模拟结果。对结果进行比较分析得出，最大加工表面的残余应力场是机械载荷和热载荷共同压残余应力出现在工件表面，沿着深度的增加工件内部作用的结果。硬态切削是对高硬度的材料进行加工，而的残余应力由残余压应力转化为残余拉应力，并逐渐趋且在加工过程中不用或少用切削液，这导致了在切削加向于零。这

3、对于控制和提高硬态切削工件表面质量具工过程中刀具和工件都承受了高的机械载荷和热载荷。有重要的理论指导意义。因此，硬态切削表面有着其独特的残余应力场。[1]关键词：硬态切削热力耦合温度场残余应Wen等运用有限元的方法模拟研究了加工表面力有限元残余应力的分布规律，并与试验结果进行了比较，其趋[2][ABSTRACT]TakingbearingsteelGCr15asthe势出现了较好的一致性。Umbrello等运用神经网络object,thethermal-mechanical2Dorthogonalhardcut-的方

4、法，并结合有限元软件模拟，预测了硬态切削中淬[3-4]tingsimulationmodelisestablishedbasedonthethermal硬钢52100的残余应力分布。Thiele等研究结果表明：elastic-plasticmechanics.The昀initeelementmodelofhard增大前角或刀尖圆弧半径可增大表面压应力，通常是使cuttingisestablishedwiththepoint-surfacecontactoffail-压应力的深度和振幅都增大，而切削速度的增大会减小in

5、gtosetseparationlineandtheJohnson-Cookmaterial残余压应力或使压应力转变为拉应力。国内学者张雪[5]constitutivemodelaccordingtothecharacteristicsofthe萍等运用正交试验方法对精密干切削淬硬零件的表hardcutting.Theeffectsofthecuttingparametersandcut-面完整性进行了分析。tingtool’sgeometricontheresidualstressofthemachined目前，针

6、对硬态切削这方面的研究主要集中在机理surfaceareobtainedbytheABAQUSsoftware.Theresults方面，而对硬车残余应力的预测研究较少。因此，通过indicatethatmaximumcompressiveresidualstressexists数值模拟的方法预测硬态切削表面残余应力的分布状insurface,thecompressiveresidualstresstranslatesinto态，分析切削参数和刀具几何参数对硬态切削表面残余tensileresidualstressa

7、longtheincreasingofdepthinside应力场的影响，对于提高硬态切削的表面质量具有重要theworkpiece,andgraduallytendstozero.Ithasimpor-的理论指导意义。tanttheoreticalguidingsignificanceforcontrollingandimprovingtheworkpiecesurfaceofhardcutting.1有限元模型的建立Keywords:HardcuttingThermal-mechanical1.1材料的本构模型c

8、ouplingTemperature昀ieldResidualstressFinite材料的动态塑性本构关系是切削过程中被加工材element料体现出来的力学行为，在切削加工的有限元仿真模DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.06.064型中起着至关重要的作用。本研究工件的材料是轴承钢GCrl5，刀具采用的是PCB