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基于剪切带断裂特征的锯齿形切屑形成机理演化的研究
摘要：
在金属切削加工过程中，切屑的形态和切削效率密切相关。本文从锯齿形切屑的形成机理入手，对剪切带断裂特征进行了探讨和分析。通过实验研究和数值模拟，得出了切屑形态与切削参数、材料特性之间的关系。研究表明，剪切带断裂是锯齿形切屑形成的主要机理，影响切屑形态的因素包括机床精度、刃口半径、切削速度等。
关键词：剪切带断裂；锯齿形切屑；切削参数；数值模拟；材料特性。
Abstract：
Theshapeofchipsiscloselyrelatedtothecuttingefficiencyinmetalcuttingprocess.Inthispaper,startingfromthemechanismofsawtooth-shapedchipsformation,theshearbandfracturecharacteristicsareexploredandanalyzed.Throughexperimentalresearchandnumericalsimulation,therelationshipbetweenchipshapeandcuttingparametersandmaterialpropertiesisobtained.Theresearchshowsthattheshearbandfractureisthemainmechanismfortheformationofsawtooth-shapedchips,andthefactorsaffectingthechipshapeincludemachinetoolaccuracy,cuttingedgeradius,cuttingspeed,etc.
Keywords:shearbandfracture;sawtooth-shapedchips;cuttingparameters;numericalsimulation;materialproperties.
论文正文：
一、引言
金属切削加工是制造业中不可或缺的一项技术，切屑的形态和切削效率对生产过程至关重要。锯齿形切屑是切屑形态的一种常见形式，其与金属材料的断裂行为有很大关系。因此，本文从锯齿形切屑的形成机理出发，探讨了剪切带断裂特征对切屑形态的影响，以期为金属切削加工的优化提供理论依据。
二、锯齿形切屑的形成机理
金属切割过程中，刀具压力引起材料在剪切刃和芯部之间产生切变应力，进而引发剪切带形成。剪切带是从材料的压缩带和扩散带中分离出来的，在其内部，材料流沿着刀具的前沿进行失稳和断裂。由于金属材料的断裂机制与应变速率有关，因此切削速度、工件材料、平均切割温度等因素都会对切屑形态产生影响。
在研究过程中，我们发现锯齿形切屑的形成与剪切带断裂和强化有关。由于切削刃的半径不为零，切削时会产生不同尺寸的剪切带，而且随着不断切削，剪切带的尺寸也会变化。在剪切带中，材料的微观结构和机械性能发生剧烈变化，从而导致材料的失稳和断裂。当切割速度变快时，剪切带的尺寸变小，且更易被强化，从而形成更多的切屑。
在实验中，我们采用了纳米压痕仪对金属剪切带进行测试。结果显示，剪切带的强度和塑性显著变化，并在剪切带之外形成了一些特殊结构，例如位错堆垛、晶粒形变和孪生形变等。这些结构都会影响材料的断裂性能和切屑形态。
三、影响切屑形态的因素
除了切削参数和材料特性之外，还有一些其他因素也会影响切屑的形态，其中包括机床精度、刀具涂层、冷却剂等。这些因素会影响切削刃的半径、表面粗糙度以及材料的切削状况，从而影响切屑的形态。
四、数值模拟
为了更好地理解切屑形态与切削参数和材料特性之间的关系，我们还进行了数值模拟。采用结构动力学有限元软件ANSYS对材料的切削过程进行模拟，并通过数值分析得出了切屑形态与切削参数之间的关系。结果表明，切削速度和材料的断裂韧性是影响切屑形态的重要因素。当切割速度较快时，剪切带的尺寸变小，从而形成细小的锯齿形切屑；而在切割过程中，材料韧性较好的区域容易发生屈服，从而形成较暗的压缩带，这也对切屑形态有一定影响。
五、结论
本文从锯齿形切屑的形成机理入手，探讨了剪切带断裂特征对切屑形态的影响。通过实验研究和数值模拟，我们得出了切屑形态与切削参数、材料特性之间的关系，研究表明，剪切带断裂是锯齿形切屑形成的主要机理，影响切屑形态的因素包括机床精度、刃口半径、切削速度等。这些结果为金属切削加工的优化提供了理论依据。