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1.4 论文研究的目的和内容

切削力和切削温度是影响刀具磨损和已加工表面的两个重要参数。切削力会导致产生切削热，引起刀具磨损和工艺系统变形，直接影响加工精度和表面质量。切削温度则会直接影响刀具的磨损和耐用度。因此，研究切削力和切削温度的变化规律，对于改进金属加工工艺、提高金属加工表面质量具有重要意义。本论文的研究内容为以45号钢、Ti6Al4V、INCONEL718、AISI-D2为研究对象，采用数值模拟技术。建立断续切削有限元模型，研究建模过程中材料模型,刀屑接触模型及切屑分离准则等关键技术；利用建立的有限元模型对45钢等材料的断续切削过程进行了数值模拟, 分析不同切削速度和不同加工材料条件下断续切削的切削力、切削温度的变化，研究其冲击特性。

第二章 断续切削有限元模拟的关键技术

2.1 材料的本构模型

金属切削加工工艺具有高度非线性、弹塑性大变形、断裂、剧烈摩擦以及刀具磨损等特点，这些现象之间相互影响，相互作用，要将所有条件都考虑在内会使仿真过程中相关技术的处理具有较高的难度，因此在进行有限元仿真时基于以下假设条件：

   （1）工件材料是各向同性的。

   （2）忽略加工过程中由于温度变化引起的金相组织及其它的化学变化。

   （3）工件相对于刀具运动。

   （4）刀具为刚性材料，工件材料为弹塑性材料。

另外，由于在高速切削条件下，局部能量耗散产生的热量因切削速度较高而没有足够的时间扩散出去。

 在工件内部的温度分布主要由以下三个因素决定的：

    （1）工件的初始温度;

    （2）工件的塑性变形以及工件与刀具的摩擦而耗散的机械功;

    （3）与外部环境进行能量交换损失的能量。

     在刀具内部的温度分布主要由以下四个因素决定的：

    （1）刀具的初始温度；

（2）由于工件与刀具摩擦耗散机械功而引起的温升；

（3）由于来自工件的热传导而引起的温升；

    Johnson-Cook模型将材料的应变硬化效应,源<自.优尔>文/论?文+网[www.youerw.com、应变率强化效应和温度软化效应三部分有机结合在一起, 该模型认为材料在高应变速率下表现为应变硬化、应变速率强化和热软化效应，由于是一种用于描述金属在大变形、高应变率效应和高温条件下的本构模型，因此选用该模型。材料的Johnson-Cook方程如下：

  式中,A、 B、 n、 C和m是由材料自身决定的常数；A —准静态下的屈服强度; B —应变硬化系数;n—应变硬化指数; C—应变率敏感系数; m —温度敏感系数; Tr —参考温度; Tm —熔点温度;ε0—参考应变率。公式中等号右边第一部分表示应变 对流动应力 的影响，第二部分表示应变速率 对流动应力 的影响，而最后一部分表示温度T对流动应力 的影响。