【摘 要】
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钛合金Ti6Al4V材料具有高比强度、质量轻、耐高温、腐蚀性能好等优异性能而广泛应用于航空航天等领域。在金属的切削工艺过程中,成形零件的最终性能很大程度上取决于材料内部的微观组织和化学成分,由于Ti6Al4V的切削特性导致在切削过程中产生高温、大应变和高应变速率,使其切屑和已加工表面会发生动态再结晶（DRX）行为。而从多尺度模拟研究入手,结合切削实验,考虑切削加工Ti6Al4V材料易产生严重的塑性
【基金项目】
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贵州省自然科学基金（黔科合LH字[2017]7235）:微细铣削钛合金刀具的设计、磨削及切削工艺关键工艺；
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钛合金Ti6Al4V材料具有高比强度、质量轻、耐高温、腐蚀性能好等优异性能而广泛应用于航空航天等领域。在金属的切削工艺过程中,成形零件的最终性能很大程度上取决于材料内部的微观组织和化学成分,由于Ti6Al4V的切削特性导致在切削过程中产生高温、大应变和高应变速率,使其切屑和已加工表面会发生动态再结晶（DRX）行为。而从多尺度模拟研究入手,结合切削实验,考虑切削加工Ti6Al4V材料易产生严重的塑性变形引起切屑和已加工表面发生微观组织演变方面的研究较少。特别是刀具磨损对已加工表面微观组织的影响,从而影响产品的最终质量和性能。本文以钛合金Ti6Al4V为研究对象,以动态再结晶理论知识为基础,利用数值模拟技术实现对微观组织的演变过程的预测。一方面有限元（FE）可以实现宏观物理场的模拟;另一方面元胞自动机（CA）可以实现微观组演变的模拟,从而构建优势互补的有限元-元胞自动机模拟方法。分别研究了切削速度、进给量和刀具磨损对Ti6Al4V切屑和已加工表面的晶粒细化规律以及材料多物理场对晶粒细化的敏感性分析。首先,通过DEFORM-3D软件建立基于JMAK动态再结晶理论的有限元模型,并通过直角切削Ti6Al4V实验验证了有限元模型的可信性。同时采用合理的点追踪功能提取了Ti6Al4V切屑和已加工表面的多物理场数据作为元胞自动机模型所需要的输入参数。其次,结合热激活理论、晶粒长大动力学理论和晶粒边界临界条件,引入位错密度模型、晶粒形核模型及晶粒长大模型,建立了切削Ti6Al4V过程中发生动态再结晶演变的元胞自动机模型。通过有限元-元胞自动机的耦合模型可视化的展现动态再结晶的演变过程,探究了温度、应变、应变速率对晶粒细化的影响规律,并通过对其中一组切削参数下的Ti6Al4V已加工表面做电子背散射花样（EBSD）实验。最后,研究了不同切削速度和进给量对切削Ti6Al4V过程中切屑和已加工表面晶粒细化的影响以及分析了材料多物理场对晶粒细化的敏感性,同时通过有限元仿真分析了刀具磨损对已加工表面晶粒细化的影响,并分别采用后刀面磨损值为0mm、0.15mm、0.25mm的刀具开展直角切削Ti6Al4V实验,实验结果与仿真结果表现一致。
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