钛合金TC4是一种难加工材料,在切削速度不高时容易形成锯齿形切屑。利用AdvantEdge模拟钛合金TC4切屑的形成过程,研究切削速度对切屑形貌和剪切带的影响。仿真结果表明随着切削速度的增加,切削力先快速增加,而后平稳在一定水平上,随着速度的增加又快速变大。产生的切屑均为锯齿状切屑,随着速度的增加,锯齿形切屑的锯齿化程度增加,锯齿化频率也增加。剪切带的宽度、温度、应变率、滑移速度随切削速度的增加而非线性增加,剪切带内的应力随速度的增加先减少再变大。

为研究TC4切削加工过程中切削速度对锯齿形切屑破坏程度的影响,对TC4进行单因素切削试验,分析TC4的动态行为,并进行有限元仿真,进一步探究锯齿形切屑影响因素以及切屑与切削速度之间的联系。结果表明:在TC4切削过程中,随着切削速度的提高,切屑的锯齿状越来越明显;通过数值计算得出,TC4的能量势垒随着切削速度增大而降低,而绝热剪切带内部应力、应变随着切削速度提高而增大,切削速度越高越容易形成锯齿形切屑。

为了研究高速切削Ti-6Al-4V钛合金时锯齿形切屑的形成过程,基于ABAQUS有限元分析软件建立了Ti-6Al-4V钛合金高速正交切削过程的有限元模型,应用Johnson-Cook材料本构模型和剪切损伤准则,对高速切削钛合金过程中锯齿形切屑的形态进行了模拟,并通过对比实验结果验证了模型的有效性。提出了锯齿化灵敏度分析方法,分析了切削工艺参数对切屑锯齿化程度的影响大小。研究结果表明,Ti-6Al-4V钛合金高速切削过程中切削速度对切屑锯齿化程度影响最大,刀具前角的影响次之,切削深度的影响最小,该研究有助于深入理解钛合金高速切削切屑形成机理。