對材料進行切削加工時,除要考慮被切削材料和刀具這兩個重要因素,也要考慮夾具、切削參數和冷卻液等其他因素。在切削加工過程中,被切削材料上不需要的部分在刀具邊緣變成切屑,切屑形成區的壓應力和摩擦力會對切削力產生影響。
金屬切削是一種塑性變形過程。為觀察和預測
鈦及
鈦合金切削過程中的切削力,開發了DEFORM 2D軟件來模擬切削過程。該軟件使用有限元方法模擬純塑性或彈塑性變形過程的動力學。
切削力是切削過程的重要參數,是被切削材料可切削性的主要表征,主要受刀刃的材質、切削過程、被切削材料、切削區參數、刀刃形狀、切削環境條件,如切削液,摩擦等因素影響。切削鈦及鈦合金時,一般粗切削時使用60 m/min的速度,精切削時使用250 m/min的速度。使用DEFORM 2D軟件模擬Ti-6Al-4V合金、1級和2級工業純鈦切削加工的切削力時,僅考慮切削速度和切削深度兩個參數,并選定切削速度為60 m/min,切削深度為1 mm,刀具傾斜角為5°。通過模擬,獲得了切削區的有效應變、有效應力以及切削變形區溫度等輸出數據,這也是被切削材料切削性能的評價指標。從模擬結果看,隨著鈦合金純度的降低,切削應力和溫度提高,應變降低。切削應力的這一變化與其拉伸性能的變化一致。同時,增大刀具傾斜角,切削應力降低。
模擬獲得了切削力的預測公式:Fc= (2…10) σr·f·ap
式中,σr為被切削材料的抗拉強度,f為進給量,ap為切削深度,括號內的數字為切削力系數,對于高強度材料,其最小切削力系數為2,對于低強度(脆性)材料,其最大切削力系數為10。
用DEFORM 2D軟件模擬切削過程,可優化切削過程條件,避免時間和成本浪費,但由于軟件成本較高,且需要確認等,故對所有金屬進行切削過程模擬是不現實的。
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