摘 要： 切削仿真技術(shù)是近些年利用電腦技術(shù)和仿真軟件逐步發(fā)展起來的一項(xiàng)新的技術(shù)，利用DEFORM 3D軟件進(jìn)行三維正交金屬車削仿真，利用正交實(shí)驗(yàn)法和單因素實(shí)驗(yàn)法，獲得切削力和各個(gè)切削分力數(shù)據(jù)，綜合考量各方面因素，統(tǒng)籌分析相關(guān)結(jié)果得到最后結(jié)論。

關(guān)鍵詞： 高溫合金;仿真;切削力

【中圖分類號】TG51 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.172

高溫合金也稱高耐熱合金、超合金，其基體元素主要為鐵、鈷、鎳，能夠在較高的環(huán)境溫度下、在較復(fù)雜應(yīng)力作用下穩(wěn)定工作的一種材料。鎳基高溫合金切削加工的特點(diǎn)之一是切削力很大，加工鎳基高溫合金時(shí)切削力比加工合金鋼時(shí)波動大很多。利用DEFORM 3D軟件進(jìn)行三維正交金屬車削仿真，利用正交實(shí)驗(yàn)法和單因素實(shí)驗(yàn)法，獲得切削力和各個(gè)切削分力數(shù)據(jù)，綜合考量各方面因素，統(tǒng)籌分析相關(guān)結(jié)果。本文僅對中低速車削鎳基高溫合金Inconel718外圓表面做研究，重點(diǎn)討論切削三要素對切削力的影響。采用正交實(shí)驗(yàn)法，根據(jù)加工要素設(shè)計(jì)了3因素個(gè)水平的實(shí)驗(yàn)方案。

1 切削速度對切削力的影響

為了更清晰的表現(xiàn)切削速度對切削力的影響，將采用單一因素實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行進(jìn)一步分析。單一實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)條件：進(jìn)給量定為0.4mm/r，背吃刀量定為0.5mm，切削速度分別為5m/min，20m/min，40m/min，60m/min。以切削速度為橫坐標(biāo)，以切削力F值平均值為縱坐標(biāo)，仿真過程中切削力與切削速度的關(guān)系如圖所示：

由圖可以看出切削力F與切削速度的關(guān)系是，切削速度逐步增加的同時(shí)切削力在逐漸降低，降低的趨勢比較明顯，但降幅不大。造成這種現(xiàn)象的原因是：由于切削速度的不斷增加，切削溫度從切削速度5m/min時(shí)的720℃左右提高到切削速度為60m/min時(shí)的990℃左右，如圖3.6，切削迅速增加，而鎳基高溫合金由于含有大量的鎳、鉻等金屬導(dǎo)熱效系數(shù)偏小，切削產(chǎn)生的熱量短無法迅速散發(fā)出去，結(jié)果絕大多數(shù)的切削熱都集中在了刀尖和工件接觸的部位，形成了局部的高溫區(qū)域，熱軟化伴隨發(fā)生，局部變軟減小了切削阻力。于此同時(shí)，刀具也由切削產(chǎn)生的熱量促使前刀面升溫，在前刀面處減小摩擦角、減小摩擦應(yīng)力、增大剪切角，最終促成了降低刀具和工件的摩擦力的結(jié)果。綜上所述，在一定范圍內(nèi)隨著切削速度不斷提高，切削力呈現(xiàn)出逐步降低的情況。

2 背吃刀量和進(jìn)給量對切削力的影響

為了更清晰的表現(xiàn)背吃刀量和進(jìn)給量對切削力的影響，還將采用單一因素實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行進(jìn)一步分析。單一實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)條件：標(biāo)準(zhǔn)條件分別是進(jìn)給量定為0.4mm/r，背吃刀量定為0.5mm，切削速度分別為40m/min。再分別以背吃刀量的四個(gè)值0.5 mm、0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm和進(jìn)給量的四個(gè)值0.2 mm/r、0.3 mm/r、0.4 mm/r、0.5 mm/r為橫坐標(biāo)，各切削條件下的切削力F值平均值為縱坐標(biāo)，背吃刀量和進(jìn)給量對切削力的影響如圖3.7、圖3.8：

分析圖不難看出，切削力與背吃刀量和進(jìn)給量幾乎呈正比關(guān)系，即隨著背吃刀量和進(jìn)給量的增大而同步增大，因?yàn)楸吵缘读浚辞邢魃疃萢p）與進(jìn)給量f的增大都會增加切削面積，因而提高彈性變形應(yīng)力和摩擦抗力，刀具所受到的摩擦力也增大，切削力也將增大。雖然切削深度與進(jìn)給量對切削力的影響都成正比關(guān)系，但由于進(jìn)給量的增大會減小切削層的變形，所以進(jìn)給量f對切削力的影響比切削深度ap小。

通過極差分析表明，鎳基高溫合金Inconel718在外圓車削過程中，對切削力影響最大的因素是切削深度，第二大是進(jìn)給量因素，第三的是切削的速度因素。切削力變化在一定范圍內(nèi)會因?yàn)榍邢魉俣鹊脑黾佣鸩浇档?，切削力會跟著進(jìn)給量和切深的變大而同步增加。在現(xiàn)有的切削工藝參數(shù)范圍里，伴隨切削速度的增加，切削所產(chǎn)生的切削熱快速增長，溫度迅速升高，當(dāng)切削速度進(jìn)一步提高后，切削熱會呈基本持平狀態(tài)。進(jìn)給量和切削深度對切削溫度影響較小，具體原因?yàn)椋寒?dāng)進(jìn)給量加大后，雖然切削熱隨之增加，但金屬去除量變大，切屑會帶走更多熱量。切深增加后，刀具和工件接觸面積加大，散熱條件有所改善。

參考文獻(xiàn)

[1] 王進(jìn)，基于Deform3D的鎳基高溫合金切削力的仿真研究[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)，2013.

[2] 李冷，高溫合金切削仿真技術(shù)研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2009.