高速切削材料内外摩擦作用机制及剪切角理论研究

基本信息
批准号:51875045
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:徐道春
学科分类:
依托单位:北京林业大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张厚江,史雪松,杨荣超,赵汐璇,崔文哲,许梦皎,伍广成,张雨琪
关键词:
材料外摩擦材料内摩擦剪切角理论冲压变形高速切削
结项摘要

Shear angle theory is a balance equation between cutting deformation and friction, and is one of the most important cutting theories. Existing classical shear angle theories were proposed in the era of low speed cutting and under the action mechanism of shear, slide and Tool-chip friction, and did not reflect material internal and external friction. So the classical shear angle theories have obvious errors during predicting shear angle of High-speed cutting (HSC). So a new shear angle theory for HSC under the action mechanism of material internal and external friction will be constructed in this proposal. A material internal friction model will be built up based on shear and pressure deformation effects which can be obtained through shear and pressure deformation experiments. Based on factor effects which can be measured through high speed external friction experiments, a material external friction model will be proposed. Based on material internal and external friction, a Tool-chip friction model and a model of adhensive-sliding friction boundary will be built up. To sum up three proposed friction models, a new shear angle theory for HSC will be constructed. The shear angle theory will be verified by experimental results of HSC of typical materials. This study has important scientific significances and academic values for improvement of HSC shear angle theory and revealing mechanisms of material internal and external friction.

剪切角理论是切削变形和摩擦的平衡方程,是切削最重要的理论之一。而现有经典剪切角理论提出于低速切削时代,并且是基于剪切滑移变形和刀-屑摩擦作用机制提出的,未考虑材料内外摩擦,导致现有理论模型预测高速切削剪切角时有明显误差,不能适应高速新趋势。因此本项目拟在材料内外摩擦作用机制下研究高速切削剪切角理论:构建基于剪切-冲压变形效应的高速切削材料内摩擦模型,进行材料剪切-冲压变形实验,获取各变形效应项;构建基于因素效应的高速切削材料外摩擦模型,进行材料高速高温外摩擦实验,获取各因素效应项;建立基于材料内外摩擦的高速切削粘结-滑动摩擦分界理论与刀-屑摩擦模型;在材料内外摩擦作用机制下构建高速切削剪切角理论;选用典型材料进行高速直角切削实验,验证所得的剪切角理论。本研究对于完善高速切削剪切角理论和阐明高速切削材料内外摩擦作用机制具有重要的科学意义和学术价值。

项目摘要

高速切削的两个基本问题是切削变形和摩擦,切屑是切削变形和摩擦两个行为共同作用下形成的。剪切角理论是将切削变形与摩擦连接起来的桥梁,是切削最重要的理论之一。现有经典的剪切角理论是在低速切削时期,基于剪切滑移变形和刀-屑摩擦作用机制提出的,未考虑材料内外摩擦,导致现有理论模型预测高速切削剪切角时有明显误差,不能适应高速新趋势,因此本项目在材料内外摩擦作用机制下研究高速切削剪切角理论模型。.基于SHPB研制动态纯剪切装置并进行试验,建立了基于剪切-冲压变形效应的高速切削材料内摩擦模型,预测材料在切削过程中的内摩擦值。研制面向高速切削内外摩擦实验的实验装置,结合力学试验,建立了基于因素效应的高速切削材料外摩擦模型,揭示了内外摩擦的摩擦速度效应和载荷效应,并对比了内外摩擦特性。建立了基于材料内外摩擦的摩擦分界理论与刀-屑摩擦模型,明确了正交切削的摩擦行为,并得到了量化机理的结果,研究结果有助于提高人们对粘结和滑动、内外摩擦和剪切角理论的认识。建立材料内外摩擦作用机制下的高速切削剪切角理论模型——φ=π/2-β-βin-γ,与Merchant、Lee和Shaffer的经典模型进行了对比,验证了所得的剪切角理论模型的有效性。.本研究对完善高速切削剪切角理论和阐明高速切削材料内外摩擦作用机制具有重要科学意义和学术价值。项目研究期间共发表材料内外摩擦、高速切削剪切角理论等方向SCI论文7篇。在高速剪切和摩擦实验装置等方面申请发明专利5件,获得授权2件。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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