高速切削过程绝热剪切局部化断裂饱和极限理论与应用

高速切削过程中切削速度的不断提高，使得越来越多的材料发生绝热剪切形成锯齿形切屑，绝热剪切带的演化而导致锯齿形切屑的断裂是高速切削过程的一种必然结果，会对切削加工性产生直接影响。本项目针对高速切削过程，通过对主剪切区内绝热剪切带与宏观裂纹的相互作用以及对应断裂面微观组织变化的分析，揭示绝热剪切局部化断裂的速率相关机制并建立物理模型；根据主剪切区的动力学特性，提出热塑性剪切波导致形成绝热剪切带的基本思想，并用于绝热剪切局部化断裂理论建模；提出绝热剪切局部化断裂能量饱和极限定义，分析断裂时绝热剪切带宽度与带内能量汇聚程度的相关性规律，建立绝热剪切局部化断裂饱和极限理论；形成绝热剪切局部化断裂的预测方法，针对典型材料预测绝热剪切局部化断裂的临界切削条件并实验验证。研究结果有助于深入认识绝热剪切局部化断裂在高速切削加工中的作用，进一步优化高速切削过程，为高速切削技术的更好应用提供充分的理论基础。

高速切削过程的绝热剪切局部化断裂是高速切削过程绝热剪切演化的必然结果，直接影响材料的切削加工性能。通过高速切削实验和微观实验，获得了中碳钢、不锈钢和钛合金绝热剪切带断裂过程的切屑根部金相显微照片，通过分析主剪切区绝热剪切带与宏观裂纹的相互作用以及对应断裂面微观组织变化，建立了绝热剪切局部化断裂的速率相关机制物理模型；提出了热塑性剪切波导致形成绝热剪切带的基本思想，推导了绝热剪切饱和极限和饱和度的表达式，提出了绝热剪切局部化断裂的力学判据，分析了断裂时变形条件和材料特性与绝热剪切带能量汇聚的相关性规律，建立了绝热剪切局部化断裂饱和极限理论；根据绝热剪切局部化断裂的饱和极限理论、材料动态本构关系、切削条件与绝热剪切变形条件的耦合关系，建立了高速切削过程绝热剪切局部化断裂临界切削条件的预测模型。结果表明：绝热剪切局部化断裂的临界切削速度随刀具前角的减小和进给量的增大而减小。导热性好、应变硬化和应变率强化效应高、压应力敏感的材料，对绝热剪切局部化断裂的敏感性相对较高。研究结果有助于深入认识绝热剪切局部化断裂在高速切削加工中的作用，为高速切削技术的更好应用提供充分的理论基础。