颗粒增强钛基复材高速磨削去除机理研究

发布时间：2020-11-16 19:24

　　 颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)具有比强度高、耐高温性与耐腐蚀好等优异性能,在航空航天领域具有广阔应用前景。但是,PTMCs也属于典型的难加工材料,在砂轮磨削过程中容易发生增强颗粒破碎/脱落等现象,对获得好的加工表面质量造成不利影响。目前虽然已有PTMCs高速磨削力、磨削温度、磨削表面形貌等方面研究的相关报导,但磨削过程中材料的去除机理、特别是增强颗粒去除的影响因素与作用机制并不明确,导致现阶段的PTMCs高速磨削工艺优化缺乏基础数据和科学依据的支持。有鉴于此,本文提出开展颗粒增强钛基复材高速磨削材料去除机理研究,通过将有限元仿真与磨削实验相结合,阐明了TiCp/Ti-6Al-4V钛基复材高速磨削加工过程中材料的去除行为,揭示了磨削工艺参数和磨粒前角对磨削力、磨削过程中增强颗粒去除行为、以及工件材料应力场的影响规律与作用机制。研究成果有助于深化对颗粒增强钛基复材高速磨削材料去除机理的理解,对于实现PTMCs的高品质加工具有重要意义。本文的主要研究工作与取得的成果如下:(1)通过表征单层钎焊砂轮工作面上CBN磨粒形貌和PTMCs工件材料的微观形貌,再结合模型装配技术建立了PTMCs材料高速磨削有限元仿真的几何模型。在此基础上,合理设置了仿真参数,确定了工件材料的本构模型和分离准则,由此建立了PTMCs高速磨削有限元仿真模型。(2)通过对比分析磨削实验与有限元仿真获得的高速磨削PTMCs过程中的单颗磨粒磨削力,确证了本文所建有限元仿真模型的准确性。同时,阐明了磨削参数与磨粒前角对磨削力的影响规律,发现PTMCs磨削过程中的磨削力可分为两个区域:基体去除区域和增强颗粒去除区域。在增强颗粒去除区域,磨削力波动现象显著。(3)探明了单颗磨粒磨削条件下工艺参数对高速磨削PTMCs过程中基材与增强相内部应力分布及其演化的影响规律,发现PTMCs的磨削去除行为可以分为四个阶段。揭示了磨粒前角、单颗磨粒切厚、磨削速度对材料去除的影响规律与作用机制。最后,建立了两颗磨粒依次磨削PTMCs的有限元仿真模型,阐明了实际砂轮磨削过程中TiC增强颗粒的裂纹形成与破碎失效行为,与实验结果相符。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG580.6;TB333
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
第一章 绪论
    1.1 课题来源与研究意义
    1.2 颗粒增强钛基复材性能与制备技术现状
    1.3 颗粒增强金属基复材机械加工研究现状
        1.3.1 颗粒增强金属基复材切削研究现状
        1.3.2 颗粒增强金属基复材磨削研究现状
    1.4 颗粒增强金属基复材切削/磨削有限元仿真研究现状
    1.5 本课题主要研究内容
第二章 PTMCs高速磨削的仿真模型建立
    2.1 磨削过程有限元仿真的理论基础
    2.2 PTMCs磨削仿真几何模型的建立
        2.2.1 PTMCs磨削仿真的磨粒几何模型
        2.2.2 PTMCs磨削仿真的工件几何模型
    2.3 PTMCs磨削仿真模型参数的确定
        2.3.1 PTMCs材料的本构模型
        2.3.2 切屑分离准则
        2.3.3 网格划分技术
        2.3.4 摩擦模型的选择
        2.3.5 边界条件的设定
    2.4 本章小结
第三章 PTMCs单颗磨粒高速磨削力分析
    3.1 PTMCs高速磨削实验
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 实验设备与条件
    3.2 PTMCs单颗磨粒磨削力仿真与验证
        3.2.1 单颗磨粒实验磨削力的计算方法
        3.2.2 单颗磨粒仿真磨削力的计算方法
        3.2.3 PTMCs单颗磨粒磨削力仿真结果的验证与分析
    3.3 磨削过程中单颗磨粒磨削力的波动
    3.4 本章小结
第四章 PTMCs高速磨削过程的应力场与材料去除行为分析
    4.1 PTMCs材料去除过程与应力场仿真分析
    4.2 磨削参数对PTMCs材料去除过程的影响分析
        4.2.1 单颗磨粒切厚对PTMCs材料去除过程的影响
        4.2.2 磨削速度对PTMCs材料去除过程的影响
        4.2.3 磨粒前角对PTMCs材料去除过程的影响
    4.3 两颗磨粒依次磨削对PTMCs材料去除过程的影响与验证
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2886563