周滔,何林,2,*,田鹏飞,杜飞龙,3,吴锦行

1. 贵州大学 机械工程学院,贵阳 550025 2. 六盘水师范学院 矿业与土木工程学院,六盘水 553000 3. 贵州大学 现代制造技术教育部重点实验室,贵阳 550025

机械加工属于典型的基于热力耦合的塑性变形过程,并伴随材料的微观结构演变。过去几十年发展起来的基于物理的解析方法为理解机械加工过程奠定了坚实的基础,但是早期的解析性模型(如Merchant[1]、Hill[2]和Lee[3])在模拟切削过程中的切屑变形涉及的力学行为时,大多没有考虑金属材料的微观结构性能,而切削过程中金属材料的力学行为与微观结构紧密相连。近年来,大量包含微观结构的材料模型[4-5]被成功开发和应用,甚至扩展到高应变、应变率和高温变形过程[6-7],所以当前研究切削过程中微观结构演化并将其嵌入到预测加工理论模型已经成为可行。

为了将微观变形与宏观力学行为联系起来,很多研究人员做了相关的建模工作。如Pan等[5]提出在Johnson-Cook(JC)方程中考虑晶粒长大的影响,并将其代入Oxley模型中迭代计算切削力,模型提高了预测精度。金属材料在高温塑性变形时,变形机制主要表现为扩散,当切削温度相对于熔点较低时,变形机制主要有位错和孪生。为了更好地描述切削加工这类冷加工大变形条件下的材料行为,有很多基于金属位错机制的材料模型(Dislocation Density-based Material model, DDM)被开发利用,Bammann等[8]考虑应变率、温度和损伤建立了一个基于位错密度的材料模型。Guo等[9]预测切屑形貌时,发现与JC模型相比,Bammann-Chiesa-Johnson (BCJ)模型更为准确。……