【摘 要】
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木塑复合材料（Wood-plastic composite,WPC）是一种由木质纤维和热塑性塑料经过高温挤压成型后制成的一种环境友好型材料。因其具有防水抗潮、防虫、防腐等优点,所以被广泛应用于木质制品制造领域。切削加工是形成家具、地板、门窗等WPC终端产品的重要方法。但在WPC切削加工过程中产生的热和力的耦合作用会对切屑形成、工件表面质量产生严重的影响。鉴于此,本文采用有限元法,对WPC的切削性能
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于热力耦合的WPC高速铣削积屑瘤形成机理及其表面损伤控制研究”（31971594）
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木塑复合材料（Wood-plastic composite,WPC）是一种由木质纤维和热塑性塑料经过高温挤压成型后制成的一种环境友好型材料。因其具有防水抗潮、防虫、防腐等优点,所以被广泛应用于木质制品制造领域。切削加工是形成家具、地板、门窗等WPC终端产品的重要方法。但在WPC切削加工过程中产生的热和力的耦合作用会对切屑形成、工件表面质量产生严重的影响。鉴于此,本文采用有限元法,对WPC的切削性能进行研究。首先,结合WPC切削特点及切削有限元仿真理论选择了Johnson-Cook本构方程与Johnson-Cook分离准则。通过准静态压缩试验和霍普金森动态压缩试验获得WPC的J-C本构方程参数,通过单向拉伸试验、霍普金森动态拉杆试验与不同温度下的准静态拉伸试验获得WPC的J-C分离准则参数。此外,基于摩擦试验、热分析试验建立了WPC正交切削时的摩擦模型及热传导模型。其次,在ABAQUS中建立了硬质合金正交切削WPC的二维切削仿真模型,并进行了切削试验。通过对比切削力、切削温度、切屑形态的试验值和仿真值,分析误差产生原因,验证了所建立的模型是准确的。最后,利用所建立的模型研究了WPC正交切削过程中切屑形成机理,切削力、切削温度、已加工表面粗糙度与切削参数（切削速度、切削深度、刀具前角）的变化关系,WPC已加工表面损伤机理。研究得到的主要结论如下:（1）当应力场集中于剪切面,温度场集中于切屑根部,等效塑性应变集中于切屑和刀具接触面上时,形成的是连续带状切屑。当应力场和温度场都集中于剪切面,等效塑性应变集中于切屑和刀具接触面和剪切面上时,形成的是颗粒状切屑。（2）切削力的波动随切削速度和切削深度增大而逐渐增大,随刀具前角的增大而逐渐减小。切削力的大小随切削速度和刀具前角的增大而呈现出逐渐递减的变化趋势,随切削深度的增大而呈现出逐渐递增的变化趋势。（3）切削温度的大小随切削速度和切削深度的增大而呈现出逐渐递增的变化趋势,随刀具前角的增大而呈现出逐渐递减的变化趋势。刀具上的温度场主要位于刀尖处。（4）WPC已加工表面粗糙度随切削速度和刀具前角的增大而呈现出逐渐递减的趋势,随切削深度的增大而呈现出逐渐递增的趋势。凹坑是WPC已加工表面损伤的主要原因。在形成连续带状切屑时,应力的作用是形成凹坑的主要原因,在形成颗粒状切屑时,应力和温度的耦合作用是凹坑形成的主要原因。本研究揭示了WPC切削加工过程中切屑形成机理,分析了切削力、切削温度、已加工表面粗糙度与切削参数（切削速度、切削深度、刀具前角）的变化关系,揭示了WPC已加工表损伤机理。相关结论不仅为WPC切削加工提供了实践依据,亦丰富了WPC切削理论知识。
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