淬硬钢精密切削仿真：切削力与温度的动态分析

本研究论文《淬硬钢精密切削过程的数值仿真与实验研究》由刘献礼、陈涛、严复钢和翟元盛四位作者共同完成，发表在中国科技论文在线上。他们的研究聚焦于精密硬车工艺，利用切削实验与有限元模拟相结合的方法，构建了一个精密硬车过程的仿真模型。该模型主要关注的是锯齿形切屑的形成过程以及切削过程中切削力和切削温度随切削速度变化的规律。 研究的核心内容是通过数值仿真，探讨了在高速切削淬硬钢时，主切削力和径向力如何随速度增加而呈现一定幅度的下降，并观察到切削力因锯齿形切屑的产生而呈现出周期性的变化。同时，他们发现切削温度随着切削速度的提升而逐渐升高，其中最高切削温度出现在切屑与切削刃接触表面的刀尖附近。这种特性对于理解硬态切削过程中的复杂热力耦合场至关重要，因为在淬硬钢的加工中，高硬度导致了高机械载荷和热载荷的共同作用，从而影响切削行为和刀具磨损。 有限元模拟技术在本文中扮演了关键角色，它不仅降低了对切削变量测试的经济成本，还提高了切削过程的分析精度。作者们参考了国内外学者的研究成果，这些成果涉及切削过程中热力耦合作用下的切屑形成、工件和刀具的应力场、温度场以及切削力、刀具磨损等多方面的研究。然而，针对硬态切削的特殊性，即其非线性、大应变和高应变率等特点，作者们特别强调了在建立仿真模型时必须充分考虑这些因素。 本文的仿真模型采用了热-弹塑性大变形理论和动态网格重划分技术，将工件材料视为弹塑性，而刀具则简化为体刚体。材料模型采用了JohnCook模型，其中流动应力是基于应变、应变率和温度的函数。通过对不同切削速度下的模拟，研究人员揭示了精密硬车工艺中关键参数的动态变化，这对于优化切削条件、提升加工精度和延长刀具寿命具有重要的理论指导意义。整个研究既验证了理论模型的有效性，又提供了实际操作中的参考依据。