Abstract This work reports on a methodology to extend Oxley’s analysis of the thick shear zone to account for HCP materials. Ultimately, the work extracts Zerilli-Armstrong (ZA) constitutive equation’ material parameters for AZ31B, an HCP crystal structure magnesium-based alloy. The methodology for accomplishing this utilizes three tasks namely: 1) Extension of thick shear zone approach for machining force simulation to account for Zerilli-Armstrong HCP material model, 2) measure cutting and thrust edge forces from orthogonal cutting tests (uncut chip thickness and cutting speed values varying between 0.05 and 0.4 mm/rev and 50–400 m/min, respectively), and 3) numerically determine updated material model parameters for AZ31B by minimizing the difference between the methodology-predicted forces and those experimentally measured. Comparing numerical data with the experiments, the determined AZ31B material model with updated parameters yielded predictability of R2 of 0.94 and 0.91 for cutting and thrust forces, respectively. Additional validations were conducted by favorably comparing flow stress numerical predictions for AZ31B with literature-published histories at wide operating ranges of temperature, strain, and strain rate values. The presented methodology for finding HCP Zerilli-Armstrong material model parameters based on orthogonal cutting tests may serve as complementary alternative to time-consuming tension-compression flow stress experiments.

中文翻译：

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从正交切削试验中提取镁合金 AZ31B 的 HCP Zerilli-Armstrong 材料参数

摘要 这项工作报告了一种方法，可将 Oxley 对厚剪切区的分析扩展到考虑 HCP 材料。最终，该工作为 AZ31B（一种 HCP 晶体结构镁基合金）提取了 Zerilli-Armstrong (ZA) 本构方程的材料参数。实现这一目标的方法使用三项任务，即：1) 扩展厚剪切区方法用于加工力模拟以考虑 Zerilli-Armstrong HCP 材料模型，2) 从正交切削测试（未切削切屑厚度和切削力）测量切削力和推力速度值分别在 0.05 和 0.4 mm/rev 和 50–400 m/min 之间变化），以及 3) 通过最小化方法预测力与实验测量力之间的差异，以数值方式确定 AZ31B 的更新材料模型参数。将数值数据与实验进行比较，确定的具有更新参数的 AZ31B 材料模型对切削力和推力产生的 R2 可预测性分别为 0.94 和 0.91。通过将 AZ31B 的流动应力数值预测与文献发表的历史数据在温度、应变和应变率值的宽操作范围内进行比较，进行了额外的验证。所提出的基于正交切割试验寻找 HCP Zerilli-Armstrong 材料模型参数的方法可以作为耗时的拉压流应力实验的补充替代方案。通过将 AZ31B 的流动应力数值预测与文献发表的历史数据在温度、应变和应变率值的宽操作范围内进行比较，进行了额外的验证。所提出的基于正交切割试验寻找 HCP Zerilli-Armstrong 材料模型参数的方法可以作为耗时的拉压流应力实验的补充替代方案。通过将 AZ31B 的流动应力数值预测与文献发表的历史数据在温度、应变和应变率值的宽操作范围内进行比较，进行了额外的验证。所提出的基于正交切割试验寻找 HCP Zerilli-Armstrong 材料模型参数的方法可以作为耗时的拉压流应力实验的补充替代方案。