高速切削航空铝合金多场耦合作用下表层微裂纹形成与扩展机理研究

高速切削的高速变形、刀具与工件间高速冲击、高温摩擦而形成的多强场耦合作用在加工表层形成晶格畸变、空穴等微观组织缺陷并萌生和扩展为微裂纹。与传统切削相比，高速切削在切削效率、表面粗糙度等方面具有明显优势，但高速过程带来的更高冲击载荷、剧烈摩擦和高温等条件，是否会加重表层微裂纹的产生与扩展？切削参数对其影响规律？至今仍无定论。项目以材料学、热力学、传热学、位错理论、摩擦学等学科理论基础，借助实验与数值建模，系统分析航空铝合金高速切削中热、力、化学（扩散、氧化、摩擦化学）等多场耦合影响机制，重点研究其表层微裂纹产生、扩展机理与特征。引入位错理论，借助位错参数在高速切削宏观表面质量与表层微观缺陷间建立起直接联系，明确裂纹扩展行为与流动应力、残余应力行为间的耦合效应与分析模型，进而探索切削参数对微裂纹形成扩展的影响规律，提出有效抑制表层微裂纹、保障宏观表面质量的切削参数优化方案，以提高零件使用性能。

高速切削的高速变形、刀具与工件间高速冲击、高温摩擦而形成的多强场耦合作用在加工表层形成晶格畸变、空穴等微观组织缺陷并萌生和扩展为微裂纹。与传统切削相比，高速切削在切削效率、表面粗糙度等方面具有明显优势，但高速过程带来的更高冲击载荷、剧烈摩擦和高温等条件，是否会加重表层微裂纹的产生与扩展？切削参数对其影响规律？至今仍无定论。. 项目以材料学、热力学、传热学、位错理论、摩擦学等学科理论基础，借助实验与数值建模，系统分析航空铝合金高速切削中热、力、化学（扩散、氧化、摩擦化学）等多场耦合影响机制，重点研究其表层微裂纹产生、扩展机理与特征。引入态函数熵，应用热力学理论建立了高速切削过程的热力学体系，研究了各个子过程之间的交互作用,分析了高速切削加工表面形成的熵的产生模型；建立机械-热应力、化学磨损-扩散耦合场的物理模型，分析变形潜能、位错运动能、切削表面能等能量转换理论模型、分析各因素变化及其对微观组织的影响规律。引入位错理论，借助位错参数，初步建立工件材料宏观的流动应力模型、位错密度与应力应变之间的微观材料本构模型，在高速切削宏观表面质量与表层微观缺陷间建立起直接联系并进行定量描述；明确裂纹扩展行为与流动应力、残余应力行为间的耦合效应与分析模型，深入分析多场耦合作用下表层微裂纹的形成于扩展激励与特征，并从微观角度对加工变形区进行重新划分；研究切削区域的破坏能量平衡与转换，提出避免微裂纹扩展的切削过程的位错能量优化途径，进而探索切削参数对微裂纹形成扩展的影响规律，提出有效抑制表层微裂纹、保障宏观表面质量的切削参数优化方案，以提高零件使用性能。.项目组发表SCI/EI收录论文14篇，完成相关专著2部（标注基金号），申请发明专利（铝合金非接触测温方法）1项已受理。