效 应 ［ 等 现 象 ， 观 中 的 切 削 力 模 型 不 适 用 于 微 ４ ］ 宏
观． 应变梯 度理 论 的发 展 为 此 问题 提 供 了很 好 的 解 决方案 ［８ 本文 基于应 变梯 度理论 建立 了正 交 ５］ ｆ． 微 切削力 的预 测模 型 ， 设 计 了正 交 微 切削 实 验 并
Ｊ 一ｉｃ （ 二 ｙ ｓ ｓ ＋ ｆ 。 声卢 ） Ｆ ｎ 一
＝ Ｉ ： Ｆ ＝
垒 二
‘Ｊ （） １ ｌ
【 ～ ｓ ｃｓ ＋ 口 ｙ ｉ ｏ（ ｎ 一 ）
式 中 ： 为切削 力 ； ｒ Ｆ Ｆ 为进 给 力 ； ｒ为平 均剪 切应 力 ； 为 切削宽 度 ； 为切削厚 度 ； Ｗ ｔ 为剪切 角 ； 为
大 研究 者 的关 注． 削 力研 究 可 以 用来 监 测刀 具 切 状 态和 预测刀 具磨 损 ， 表征 切 削过 程 及 计算 流 动 应 力等． 微切 削 切 削力 的深 刻理 解 是 研究 微 切 对
削 过程 的基础 ．
１ 微 切 削力 预 测模 型
宏 观 中的二维切 削力表 示 为 。
摩擦 角 ， ｙ为 前 角 ．
应变 梯度 理论 已成 功 的解 释 了微 扭 转 、 压 微
痕、 复合 材 料 增强 实 验 中 的尺度 效 应． ｉ ｉ Ｋａ Ｌｕ用
Ａｂ ｑ ｓ 件仿 真 了铝 Ａ１０ ３Ｈ１ ６的微切 削 过 ａｕ 软 ５ ８一 １
程 ， 定 义材料 时应 用 了泰勒非 局部塑 性理论 ， 在 考
梯 度 效 应 能 更 好 地 表 示 切 削 过 程 中 的 尺 度 效
应 ． 因为 微 切 削 的 切 削 用 量 在 微 米 级 ， 近 于 材 接
式 中 ： ａ 为塑性材 料 常系 数 ， ０ ３ ． ； 为剪 取 ． ～Ｏ ５ Ｇ 切模 量 ； ｂ为 伯 格 斯矢 量 ｍ 。 总 位错 密 度 ；Ｓ 为 ｐＳ Ｄ 是统 计存贮 位错 密度 ； 。 为几何 必需位 错密度 ． 统计存 贮 位 错 发 生 在 均 匀 的 塑 性 变 形 过 程
为 了反应微 切 削 过程 中的 尺度 效 应 ， 应 变 用
梯 度理论 计算 平 均 剪 切 应 力 ｒ 基 于 位 错 理 论 的 ． 平 均剪切 应力 为
ｒ一 口Ｇ６ ｔ １一 ａ Ｇ６ Ｖ Ｓ ０ ｔ ／Ｓ ｐ Ｄ＋ Ｉ Ｎ （ ） Ｄ Ｄ Ｇ ２
虑 了材料 的应 变梯 度 效 应 ， 为考 虑 材 料 的应 变 认
ｒ ｏ— ｄＧｂ ￣ Ｓ ／ Ｓ ｐ— Ｄ （） ４
吴 继 华 （ ９ ５） 女 ， 士 生 ， １ ７一 ： 博 主要 研 究 领 域 为 微 切 削变 形 机 理 研 究
国家 自然 科学 基 金 项 目资 助 （ 准号 ：０ ７ １ ２ 批 ５６５２）
第 １期
吴继 华 ， ： 交 微 切 削 中切 削力 预测 模 型研 究 等 正
错 密度 ／Ｎ 表示应 变梯度 为 ＯＤ Ｇ
ｌ Ｎ 一 卫 一 ０ 。 Ｇ ｂ
பைடு நூலகம்
３ ）
验 证 了微 切削 力模 型 的 可靠 性 ． 过 分 析实 验 数 通
据 阐 明了微 切 削 中切 削力 的变化 规律 ．
收 稿 日期 ： ０ ９０ — ０ ２ ０—９２
式 中 ： 为 应变梯 度 ； 叼 Ｌ为剪切 区长 度．
中 ， 何 必 需 位 错 则 产 生 应 变 梯 度 ， 几 何 必 需 位 几 用
料 的 晶粒 尺度 ， 且不 能忽 略切削 刃半径 的影 响 ， 所 以微切削 的切 削机 理 与 宏 观显 著 不 同 ， 表现 在 微 切 削过程 中 出现 的尺 度效应 ［ 、 塑转换 ［ 、 耕 ２脆 ］ ３犁 ］
实 验 ， 证 了微 切 削 力 预 测 模 型 的 可 靠 性 ． 此 模 型 预 测 微 切 削 力 与 实 验 数 据 相 比 ， 均误 差 不 超 验 用 平 过 ５ ， 好 地 反 映 微 尺 度 特 征 ． 析 微 切 削力 实验 数 据 发 现 ： 正 交 微 切 削 中 主 切 削 力 基 本 是 大 更 分 在
Ｖ Ｉ ３ Ｎｏ １ ０＿４ ．
Ｆｅ ｂ． ２ ０ ０１
正 交 微 切 削 中切 削力 预 测 模 型 研 究 ＊
吴 继华 刘 战 强
（ 山东 大学 机 械 工 程 学 院 济 南 ２０ ６ ） ５ ０ １
摘 要 ： 位 错 密 度 出发 ， 于应 变梯 度 理 论 建 立 了正 交 微 切 削 力 的预 测 模 型 ， 设 计 了 正 交 微 切 削 从 基 并
中图 法 分 类 号 ： ＧＳ １ Ｔ ０
Ｄ ： ０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —８ ３ ２ １ ． １ ０ ２ ＯＩ １ ． ９ ３ ｊ ｉ ． ０ ６２ ２ ． ０ ０ ０ ． ３ ｓ
微 切削作 为 微 细产 品的 主要 加 工 方式 ， 备 具 加 工材 料 范 围广 ， 本低 ， 成 加工 精度 高等 特点 ， 受 到越来越 多 国家 的 高度 重 视 ， 加 工机 理 受 到广 其
第 ３ ４卷 第 １ 期
２１ ０ ０年 ２月
武汉理 工大学 学报 （ 交通科 学与 工程版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＷ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ
（ ｒｎ ｐ ｒ ｔ ｎＳ ｉ ｃ 乙Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ） Ｔ ａ ｓ ｏ ｔ ｉ ｃ ｎ ｅ ８ ｎ ｉｅｒ ｇ ａｏ ｅ ｎ
于进给力的 ； 当在 相 同切 削 速 度 时 ， 给 量 越 小 时 ， 切 削 力 和 进 给 力 的 变 化 程 度 越 大 ；主 切 削 力 进 主 随 进 给 量 的 增 大 而 增 大 ， 进 给 力 随 进 给量 的增 大 而 减 小 ． 而
关 键 词 ： 变 梯 度 理 论 ； 切 削 ； 削力 ； 测 模 型 应 微 切 预