金属切削的变形过程解析

金属切削的变形过程解析

近年来，有限元技术在切削变形方面的研究已经开始走向应用。采用有限元技术具有试验成本较低，获得的数据完整多样等特点，而备受业内人士的关注。
　　切削加工的实质是工件材料在刀具的剪切挤压作用下，经过弹性变形、塑性变形***后撕裂，将工件待加工表面上多余的金属层与工件本体分离产生切屑并形成工件上已加工表面的过程。金属的切削变形过程非常复杂，影响因素也较多，金属切削机理的研究一直是国内外学者研究的***和难点，但限于技术方面的原因， 过去的研究主要是基于各种试验而进行的，由于成本技术手段等原因，限制了切削变形过程的研究普及与提高，但是新材料的出现确是层出不穷，如何及时深刻地认识新材料的切削加工性能是迫切需要人们关注的。
　　由于金属切削的工作条件十分恶劣，物理过程的跟踪观测非常困难，而且观测设备昂贵、试验周期长、人力物力消耗大、综合成本很高，使得其各种试验方法分析的结果往往不够***，如侧面变形观察法是通过观察材料侧面人工绘制的细小方格变形来推测金属的变形。高速摄影法虽然能够观察刀实际切削速度下的变形区的变形情况，但成本较高。快速落刀法落刀的速度对切削变形区信息的准确性有一定的影响，且其切削区的标本要做成金相标本进行观察。在线瞬态体视摄影法和扫描电镜显微观察法均有试验设备非常昂贵的缺点。
　　传统的研究金属切削变形的方法主要是基于各种试验方法而进行，常见的方法有：侧面变形观察法、高速摄影法、快速落刀法、在线瞬态体视摄影法、扫描电镜显微观察法、光弹性和光塑性试验法等多种方法。另外，还有各种测量切削力和切削温度等的方法。
　　以上讨论的方法主要是集中于切削变形，即切削过程中的材料流动规律及其物理定量描述。事实上，切削变形过程还与切削力和切削温度等有及其密切的联系，将切削变形与切削力和切削热割裂开来分别研究是不可取的，应该作为一个整体进行研究。

　　传统的切削力的研究结果基本上是通过试验的方法得到经验公式，然后供实际使用。对于某些实际情况，如果偏离试验条件，则有可能存在误差，甚至无法计算。切削力的测量主要有电阻应变片式测力仪和压电式测力仪两种，这些测量装置一般均较为贵重。切削温度的测量主要采用的是自然热电偶和人工热电偶法，前者只是测量切削区的平均温度，但不能准确地反映出温度的分布规律。而人工热电偶是用于测量切削区某一点的温度，但要获得整个切削区域的温度场却还是非常困难的。另外，如辐射温度计法和热敏颜料法等测量方法由于设备成本较高而限制了他的应用。

　　由上所述可知，传统的基于试验的研究方法有较多的难度，而有限元素法则在某种程度上可以克服以上一些缺点，因此逐渐引起研究者的关注。　

　　结束语

　　切削加工是一个复杂的切削变形过程，工作条件非常恶劣，传统的研究方法主要基于试验研究，物理过程跟踪观察困难，且试验成本非常高，如要想获得较多的试验数据，需采用较多的试验方法，做较多的试验，这样才能使得人们对各种材料的切削性能有较深刻的了解。然而，运用有限元分析、借助于计算机技术等可以用较低的成本揭示切削加工过程，且在较短的时间内能获得较为丰富的各种数据，这对实际生产有极大的帮助。

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