铝7075 介观尺度切削过程的仿真研究 - 航空制造技术.pdf

RESEARCH 研究论文 铝7075介观尺度切削过程的仿真研究* 宋  旭，解丽静，庞思勤，王西彬 （北京理工大学，北京 100081） [摘要]  基于位错机制的应变梯度（MSG ）塑性理论，采用任意拉格朗日- 欧拉 ALE 算法，建立了铝合金介观尺度 切削过程的仿真模型，并通过试验对仿真模型进行了验证。结果表明：PCD 刀具切削铝合金的最小切削厚度大致为 刀具钝圆半径的 0.25~0.3 倍；材料应变梯度的存在使得材料表现出强烈的尺度效应，并且使单位切削力随着进给量 的减小明显增大。 关键词：介观尺度；最小切削厚度；刀具钝圆半径；应变梯度 Research on Simulation of Meso-Scale Machining Process of Al7075 SONG Xu, XIE Lijing, PANG Siqin, WANG Xibin (Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China) [ABSTRACT] Based on the Mechanism-based Strain Gradient (MSG) plasticity theory, a modle for the meso-scale cut- ting process is built and verified by the experiments. Using an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) adaptive meshing tech- nique. The results show that minimum chip thickness is proposed to be about 0.25 to 0.3 times as big as tool edge radius for meso-scale cutting of aluminum alloy by PCD tools. The strain gradient are found to be the main cause of the size effect of meso-scale machining and the specific cutting force significantly increases as the feed decreases. Keywords: Meso-scale; Minimum cutting thickness; Tool edge radius; Strain gradien DOI: 10.16080/j.issn 1671-833x.2016.12.071 近年来，生产具有军事、医疗用途的微型发动机、血 等将 MSG 理论运用于材料铜、Al5083、H13 模具钢的有 管清道夫以及尺寸微小、功能复杂的微型机电产品正在 限元仿真建模研究之中。 成为一种趋势，这种产品小型化的趋势使介观制造技术 一般微型产品都对产品的轻量化有一定的要求，在 成为研究的热点。介观切削不仅仅是宏观切削在尺寸 铝合金材料中，Al7075 具有很高的强度，非常适合用于 上的减小，而且存在诸如尺度效应、最小切削厚度等与 制造轻量化要求高的飞机承载结构件，如飞机零部件、 宏观切削截然不同的特点和机理。由于经典塑性理论 齿轮和轴等，尤其是微型飞机发动机的零部件 [5] 。针对 不能表现材料在不同尺度层次上的不同力学响应行为， Al7075 的微切削加工开展基于 MSG 理论的有限元建模 因此不能很好地解释尺度效应。为了解释介观切削中 技术研究，首先建立 Al7075 的介观尺度力学性能的本 的尺度效应，