王伏林 肖 强 来书宁 唐能艺

湖南大学机械与运载工程学院,长沙,410013

0 引言

ZM5镁合金作为一种轻质镁铝锌合金,具有优良的铸造性能及较好的力学性能,被广泛应用于航空和汽车领域,如用于制造飞机轮毂、航天器壳体和轿车齿轮传动变速箱体等[1-3]。为满足精密镁合金零件的加工需求,需要对镁合金的高精密切削加工技术开展进一步研究。但ZM5镁合金的燃点较低,而切削加工中99%的切削变形和摩擦所消耗的功会转化为热能,这导致ZM5镁合金在切削过程中存在切屑自燃的安全隐患[4]。利用有限元仿真技术来模拟切削加工过程中的应力场及温度场变化,可为ZM5镁合金的安全切削加工提供一种预判手段,而精确反映材料力学性能变化的本构模型是保证ZM5镁合金切削仿真可靠性的基础。

目前,ZM5镁合金动态力学性能参数的缺失限制了其在高速切削加工领域的应用。在ZM5镁合金切削过程中,伴随着高温和高应变率,工件会发生较大的剪切变形,本构模型是描述此过程的关键。在常用的材料本构模型中,Johnson-Cook本构模型(J-C本构模型)因综合考虑了材料应变硬化、应变率强化和温度软化效应的影响,模型中的参数容易通过实验获取,故被广泛用于描述金属材料切削加工过程的力学行为[5]。J-C本构参数确定方法主要有三种:霍普金森动态实验法(SHPB)、有限元法和切削试验法。相比于复杂繁琐的有限元法和SHPB实验法,采用不等分剪切区理论与寻优算法结合的切削试验法,既简化了实验操作,又可较好地描述材料加工过程中的热软化效应和加工硬化行为,吸引了不少学者进行研究。……