收稿日期：!""#年$月金属切削中工件表层加工硬化模拟李德宝合肥工业大学摘要：根据金属塑性理论，分析了金属切削变形区内的弹塑性应力场，拟定了金属在低速正交切削时工件表面产生加工硬化深度的预报准则；利用有限元软件%&’(’模拟出了金属切削的动态过程，同时获得已加工表面的加工硬化变形图及其数值解。关键词：金属切削，加工硬化，有限元法!"#$%&’"()(*!$+*&,-.(+/01&+2-)")34&$5-2678-’&%4$’’")3)*+,-./965’+&,’：0.1,2/345,45,/67/89,4.:;:.14*<8/69.4*/3，45,,:.14*<=;:.14*<146,118*,:2*345,9,4.:<>44*3?2,8/69.4*/3@/3,*12,1<6*-,2A%<6*4,6*/38/6;6,2*<4*3?45,1>68.<,5.62,3*3?2,;45*3:/B1;,,2/645/?/3.:<>44*3?*1B/6C,2/>4AD5,273.9*<;6/<,11/89,4.:<>44*3?*11*9>:.4,2-7>1*3?EFG1/84B.6,%&’(’A%445,1.9,4*9,，45,2,8/69.4*/3?6.;5*<1/81>68.<,5.62=,3*3?.32*413>9,6*<.:1/:>4*/3.6,/-4.*3,2A:-7;(+25：9,4.:<>44*3?，5.62,3*3?，EFG<引言金属切削过程中，在已加工表面层内存在着强烈的塑性变形，并伴有加工硬化现象发生。至今所进行的大量的实验研究认为表面层加工硬化是刃前区张应力、切削刃圆弧及后刀面对工件的挤压与摩擦所致。但这些研究主要采用实验方法，缺少用数值模拟来进行直观地描述和预报。本文应用金属塑性变形流动理论，首先分析了工件表面层的应力场，提出了低速正交切削时表面层硬化深度的预报准则；在金属切削加工硬化分析的基础上，借助于国际通用有限元软件%&’(’，成功地模拟出了金属切削的动态过程，并在此基础上同时获得表面层的应力、应变及其加工硬化变形图。通过与理论计算结果进行比较，发现两者具有良好的一致性。=加工硬化预报准则在低速正交金属切削时，先可作如下假设：!工件材料为各向同性应变硬化的弹塑性体，流动应力不受切削温度和应变速度的影响；"切削过程形成连续的切屑，无积屑瘤存在，满足二维稳态平面应变条件；#切削刃绝对锋利。弹性试验表明［H］，当刀具切入工件形成切屑时，切入线上部的工件材料发生复杂的塑性变形，这种变形相应也扩展到切入线的下部。因此，在工件表层一定深度范围内将存在着弹塑性变形应力场。如图H所示，曲线!和"为刃前区等应力线，其应力值分别记为!%和!0。假设!%等于工件材料的初始屈服强度，且!0I!%。当工件材料内的某一质点#向刀尖逼近时，其应力值将逐渐增加，一旦到达位置H，#点处的材料便进入屈服状态。随着#点向位置!的不断移动，其塑性流动应力也将不断增加，并伴有加工硬化。+J+6>
