刀具磨損形態對Ti6Al4V切削過程影響的有限元仿真研究*

徐錦泱，黃祥輝，陳 明，安慶龍

（上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

鈦合金具有較高的比強度、良好的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等優點，被廣泛應用于航空、航天、汽車、醫療、食品加工、海洋等領域[1–2]。然而其難加工性一直是切削加工領域的重要問題，加工過程中刀具磨損較快，刀具磨損后帶來的質量問題、安全問題是限制鈦合金進一步發展應用的重要因素。因此，研究其切削加工時刀具磨損帶來的影響具有十分重要的意義。目前國內外有關刀具磨損的研究主要集中在磨損機理和刀具壽命預測方面，其中應用較為廣泛的為Taylor 模型[3]。Taylor 模型在切削速度和刀具壽命之間建立映射關系，進而對刀具壽命進行預測，但此種經驗模型無法對磨損中間過程進行描述。對此相關學者提出了基于磨損機理研究建立的理論模型，如考慮粘結磨損建立的Usui 模型[4]，Binder 等[5]研究了磨粒含量對磨損影響的回歸模型，Molinari 等[6]提出了高速切削過程中擴散磨損的數學模型。隨著計算機的發展，有限元仿真技術以其能夠直觀清晰地觀察加工過程中切削力、切削溫度以及應力、應變的變化過程，在切削加工中獲得了廣泛的應用[7]。Salvatore 等[8]采用能量損失法定義單元格失效研究了硬質合金刀具在加工過程中的磨損，并提出了刀具前刀面磨損量的試驗測量方法，前刀面磨損仿真結果與實際情況較為符合。Yan 等[9]基于Usui 刀具磨損模型使用Abaqus 軟件研究了PCBN 刀具加工GCr15 時的磨損行為，仿真結果與實際磨損均表明刀具前刀面磨損較為嚴重。……