Deform-3D强化冷却润滑条件下外圆车削的数值模拟(4)

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使用水蒸汽作为冷却润滑剂之所以能够取得良好的效果，这主要取决于刀具与切屑接触位置存在的毛细现象。传统的冷却剂在渗入刀具与切屑接触位置的间隙时，由于吸收了大量的热量，会发生剧烈的气化，阻碍后续切削剂的继续渗入，从而只有少部分切削液生效，导致切削效果变差。

而使用水蒸汽作为冷却润滑剂时由于水蒸气不会发生气化，因而能够连续的进入刀具与切屑间的间隙，顺利的实现渗透，从而起到较好的冷却润滑作用。同时，由于水蒸汽在刀具与工件接触位置渗透较快，能够快速的在刀具与切屑的接触位置形成润滑层，避免了刀具与工件的直接接触，可以有效的防止粘刀。并且

本身水蒸汽就具有较强的对流换热能力，可以有效的带走热量，起到直接冷却作用。因此，使用水蒸气作为冷却润滑剂其效果要胜过传统的浇筑润滑，甚至在特定条件下能取得比低温空气更好的冷却润滑效果。

1.3 有限元模拟的研究现状

1.3.1 切削参数优化

对切削参数进行优化是对切削过程进行模拟的主要目的之一，目前国际上对于切削参数优化的研究进行的非常深入，切屑的形成机理、工件材料的去除机理、残余应力和刀具的磨损等，都是目前重点研究的课题。

随着科学技术的进步，计算机的硬件和软件技术得到了快速的发展，有限元法成为了进行切削过程模拟的重要手段，通过有限元仿真软件已经能够解决许多工程实际问题。目前，有限元仿真软件已经具有了较高的可靠性，并且可以节省大量的人力和物力，得到很多难以通过实验直接得出的结论，从而进一步了解切削机理，优化切削参数。

国际上对于有限元的研究最早始于1940年, Merchant、Piispanen、Lee和Shaffer等人建立了金属切削的剪切角模型。

1980 年,Lajczok建立了简化的正交切削模型。

1982 年,Usui和Shirakashi建立了稳态的正交切削模型。

1984 年,Iwata等人模拟了低切削速度、低应变率的正交切削过程。

1990 年,Strenkowski和Moon等人建立了金属的正交切削模型。

1993 年,Moriwaki等人模拟了无氧铜的微切削过程。

1998 年,台湾科技大学的Zone-Ching Lin等人应用有限元大变形理论和新拉格朗日公式来描述斜角切削过程。

2002年,P.J.Arrazola ,F.Meslin ,C. R.Liu ,Y.B.Guo 等人分别建立了金属切削仿真的二维和三维切削模型。

国外已经进行了有限元方面的研究多年，而我国对于有限元的研究却仍处于初始阶段，国内关于有限元的研究资料也是凤毛麟角，在这一方面我国与西方发达国家间的存在着相当的大差距。

1.3.2 锯齿形切屑的形成机理

高速切削难加工材料时,很容易产生锯齿状切屑,这将会导致切削力高频率的波动,从而增加刀具磨损速度,降低加工精度和表面质量。因此,需要从锯齿状切屑的形成机理入手,研究其与工件材料、切削条件等之间的关系。

锯齿形切屑的形成机理至今未有定论，国际上目前存在这脆性断裂和热塑性失稳这两个主要观点。锯齿形切屑的形成过程可以看作是随着刀具的切入，切屑不断从工件上被分离下来，形成已加工表面。在金属切削过程中，刀具和工件上的温度梯度很大，最高温度集中在刀具与切屑的接触位置，应力和能量会不断的累积。同时，使用强化冷却方式会在已加工表面也会具有较高的残余应力。当累积应力超过临界值的时候就会发生局部剪切，形成一个锯齿。锯齿状的切屑使得切削力产生高频波动，使得新的锯齿随之不断形成。源'自^751;文,论`文'网]www.751com.cn