典型航空材料切削加工的有限元建模与仿真研究

发布时间：2017-08-21 01:12

  本文关键词：典型航空材料切削加工的有限元建模与仿真研究

  更多相关文章： 铝合金 钛合金 切削过程模拟 切屑形态 参数化建模

【摘要】：航空航天业的发展对航空材料特性的要求较高,以铝合金和钛合金为代表的传统金属密度小、强度高,一直是航空材料的首选,常用于飞机重要零部件的制造。该类材料的零部件加工生产时大多需要进行切削加工。金属切削加工是一个复杂的非线性热力耦合过程,利用传统的试验方法对切削参数进行优选,试验成本高,且周期较长。事实证明,利用计算机进行有限元仿真不仅能够节省大量的人力物力,甚至还可以得到从试验中很难获得的重要数据,对生产实践有着很高的指导价值。本文基于有限元软件ABAQUS,采用Python脚本语言开发了用于切削过程分析的仿真模块。该模块可参数化建立切削模型,根据具体输入的工件、刀具及切削参数信息进行切削过程仿真。文中详细介绍了参数输入模块中建立几何模型、划分工件网格、创建工件材料、选择切削参数以及输入作业参数的操作流程和内核程序的脚本开发,将相同条件下模拟得到的仿真结果与己有的实验数据进行对比,在证明仿真模块准确性的同时,利用该模块分别对铝合金7050-T7451和钛合金Ti-6Al-4V的切削过程进行模拟,仿真结果揭示了切屑的形成过程和切削力的变化规律。借助金属切削理论,研究了刀具前角和切削速度对切削温度的影响,得出切削温度随刀具前角的增大而降低,随切削速度的增加而升高,并着重分析了刀具前角对切屑形态的影响。仿真结果表明,大前角的刀具有利于改善切削过程,加工Ti-6Al-4V时,刀具前角一般在0°~8°之间,而加工7050时,由于工件材料易切削,可以适当加大刀具前角,在保证刀具强度的前提下,合理的前角范围为8°~16°。
【关键词】：铝合金 钛合金 切削过程模拟 切屑形态 参数化建模
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 金属切削加工有限元仿真的应用与发展11-12
• 1.2.2 ABAQUS二次开发研究现状12-14
• 1.3 课题研究意义与主要内容14
• 本章小结14-15
• 第二章 切削过程的基础理论15-20
• 2.1 金属切削变形过程15-18
• 2.1.1 切削层变形区划分15-16
• 2.1.2 切削变形程度表示方法16-17
• 2.1.3 切屑形成特征17-18
• 2.2 切削过程的切削力18
• 2.3 切削热和切削温度18-19
• 本章小结19-20
• 第三章 切削过程的有限元分析方法20-25
• 3.1 有限法的基本思想20
• 3.2 有限元软件ABAQUS介绍20-22
• 3.2.1 ABAQUS简介20-21
• 3.2.2 ABAQUS的分析步骤21-22
• 3.2.3 ABAQUS脚本接.与二次开发22
• 3.3 切削有限元模拟的关键技术22-24
• 3.3.1 材料本构模型22-23
• 3.3.2 切屑分离准则23-24
• 3.3.3 摩擦模型24
• 本章小结24-25
• 第四章 切削过程的参数化建模25-38
• 4.1 切削模型的简化25-26
• 4.2 边界条件的设定26
• 4.3 集成方式的确定26-27
• 4.4 仿真模块总体结构27-28
• 4.5 参数输入模块28-36
• 4.5.1 建立几何模型30
• 4.5.2 划分工件网格30-32
• 4.5.3 创建工件材料32-34
• 4.5.4 选择切削参数34-35
• 4.5.5 输入作业参数35-36
• 4.6 分析计算及结果处理模块36-37
• 本章小结37-38
• 第五章 仿真结果的验证与分析38-55
• 5.1 仿真模块的验证38-41
• 5.2 铝合金 7050-T7451的仿真结果41-49
• 5.2.1 切屑形成过程41-42
• 5.2.2 刀具前角对切屑形态的影响42-43
• 5.2.3 刀具前角对切削温度的影响43-44
• 5.2.4 刀具前角对切削力的影响44-47
• 5.2.5 切削速度对切削温度的影响47-49
• 5.3 钛合金Ti-6Al-4V的仿真结果49-54
• 5.3.1 切屑形成过程49-50
• 5.3.2 刀具前角对切屑形态的影响50-51
• 5.3.3 刀具前角对切削温度的影响51-52
• 5.3.4 切削力的变化规律52-53
• 5.3.5 切削速度对切削温度的影响53-54
• 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-56
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60-61

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本文编号：709953