《金屬高速切削機理及相關力學基礎理論研究》是依託中國科學院力學研究所，由戴蘭宏擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：金屬高速切削機理及相關力學基礎理論研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：戴蘭宏
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬高速切削是衝擊動力學和先進制造工藝力學領域的前沿問題之一，核心是工件材料在刀具高速衝擊下切屑如何形成與剝離，其中涉及多個尺度的熱-力和時-空耦合的動力學過程。目前，高速切削的內在機理以及相關的基礎力學問題仍然不清楚，嚴重製約了這一先進制造技術的套用和發展。本項目針對金屬合金材料，發展切削速度從每秒幾米到200米左右的高速切削模擬實驗技術、理論分析方法與多尺度數值模擬技術，建立高速切削條件下的熱力耦合動態本構模型，揭示材料從工件剝離的物理過程、切屑形成及其形態轉變機制、切削力和切削溫度的變化規律、切削加工表層與切屑材料的微結構與物性演變等，探索Salomon曲線的存在性，闡明涵蓋易加工到難加工金屬材料高速切削過程的共性控制機理，形成金屬高速切削力學理論。本項目的研究將推動人們對熱力耦合複雜應力條件下金屬材料動態力學行為的認知，並將為高速切削加工技術的發展和套用提供關鍵理論基礎。
結題摘要
金屬高速切削是衝擊動力學與先進制造力學領域的前沿問題之一，核心是在刀具高速衝擊下多餘材料如何以切屑的形式與工件分離，其中涉及多個尺度的熱力和時空耦合動力學過程。本項目針對金屬高速切削的內在機理以及相關的基礎力學問題，從實驗平台建設、理論建模分析到多尺度數值模擬，開展了系統深入的研究。取得的主要成果包括：（1）建立了目前國際上切削速度範圍跨度最廣的高速切削模擬實驗平台，並實現了切削溫度、切削力和變形場的在位瞬態測量；（2）針對從易加工到難加工的典型金屬材料開展了系統的高速切削實驗，全面揭示了切屑形態與結構、工件表面質量、切削溫度、切削力和變形場隨著切削速度演化的普遍規律；（3）建立了金屬高速切削的力學理論模型，得到了切屑鋸齒狀流動的湧現條件和普適標度律，理論預測了鋸齒切屑的特徵間距，揭示了鋸齒切屑向不連續斷屑的轉變機制；（4）通過發展高速約束切削實驗技術，實現了對鋸齒狀切屑形態、微結構，工件表面質量以及系統動力學的有效控制；（5）建立了約束條件下金屬高速切削的力學理論模型，得到了抑制鋸齒狀切屑形成、系統動力學失穩分叉等的控制條件；（6）基於分子動力學、相場有限元、物質點與邊界元耦合等方法，從多個尺度實現了對金屬高速切削過程的數值模擬，重現了實驗中觀察到的多個物理現象。本項目研究基本建立起金屬高速切削的力學理論，初步證實了作為高速切削核心的Salomon假說，為高速切削加工技術的發展和套用提供關鍵理論基礎。
