高速切削钛合金刀具磨损仿真的研究

发布时间：2017-10-18 06:39

  本文关键词：高速切削钛合金刀具磨损仿真的研究

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【摘要】：高速切削技术是以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征切削加工技术,是现今切削加工技术的发展方向。高速切削技术不仅在航空航天领域有着广泛的应用,在军工、汽车、模具、机床等行业尤其需要高速加工。高速切削难加工材料时,单位时间内产生的切削热多,切削层的瞬间温度较高,因此对刀具的要求比普通切削更为苛刻,刀具寿命更短。研究高速切削加工刀具的失效机理和寿命问题是目前高速切削加工技术面临的重要而现实的课题。钛合金材料被广泛的应用于航空工业、医疗、化工等领域,其优良的性能,使其成为重要的结构金属。然而,钛合金又是典行的难加工材料,刀具磨损是制约钛合金切削加工的主要因素。高速切削技术在钛合金切削加工中的应用,在提供高切削速度、进给速度的同时保证了加工后高的加工精度,然而高速切削加工过程中的刀具磨损极大地增加了加工成本。高速切削钛合金刀具磨损的研究是一个值得人们关注的课题。有限元方法在切削加工过程模拟仿真中的应用,为刀具磨损的的预测研究提供了基础。通过定义材料的本构模行、刀-屑接触及摩擦模行、应力及温度场的输出,切削加工过程仿真可以提供刀具磨损的直接影响因素,通过对刀具磨损形态及磨损机理的研究选用正确的刀具磨损模行,有限元仿真可以对刀具的磨损进行合理的预测研究。本文通过对刀具磨损仿真技术的研究,首先,建立了切屑成形仿真模行,并进行了力及热传导分析,为之后刀具磨损仿真系统奠定了基础,同时为确定刀具磨损率公式提供了参数支持;其次,进行了切削加工试验,对试验结果进行分析,得到刀具磨损形态及磨损机理,进而选择适合的刀具磨损率模行,通过结合刀具后刀面的磨损量及切屑成形过程中所获得的的相关变量,确定了刀具磨损率公式中的常数;最后,通过子程序的编写对abaqus软件进行了二次开发,建立了刀具磨损仿真系统。通过验证,该系统对刀具后刀面磨损量可以进行良好的预测。
【关键词】：高速切削 钛合金 刀具磨损 有限元仿真
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG711
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 高速切削技术研究现状13-16
• 1.2.1 高速切削技术的特点13-14
• 1.2.2 高速切削技术现状14-16
• 1.2.2.1 国外高速切削加工技术研究现状14-15
• 1.2.2.2 国内高速切削加工技术研究现状15-16
• 1.3 钛合金切削加工刀具磨损研究现状16-17
• 1.4 高速切削刀具磨损研究现状17-18
• 1.5 有限元方法在切削加工过程中的应用18-21
• 1.6 课题研究的意义及内容21-22
• 1.7 本章小结22-23
• 第2章 高速切削切屑成行过程仿真23-36
• 2.1 ABAQUS软件介绍23-24
• 2.2 切削过程有限元分析方法24-25
• 2.3 材料本构模行的建立25-26
• 2.4 切屑分离准则26-28
• 2.5 刀屑接触和摩擦模行28
• 2.6 仿真模行的建立28-30
• 2.6.1 切削加工条件29-30
• 2.6.2 切削加工仿真模行30
• 2.7 仿真结果分析30-33
• 2.7.1 力分析31-32
• 2.7.2 温度分析32-33
• 2.8 仿真结果验证33-35
• 2.8.1 切削力验证33-34
• 2.8.2 切削温度验证34-35
• 2.9 本章小结35-36
• 第3章 刀具磨损模行的建立36-48
• 3.1 刀具磨损形态36-37
• 3.2 刀具磨损机理37-38
• 3.3 刀具磨损模行38-41
• 3.3.1 Usui的磨损率公式39-40
• 3.3.2 Takeyama&Murata的磨损模行40
• 3.3.3 Kannatey-Asibu刀具磨损模行40-41
• 3.4 高速切削钛合金切削试验研究41-42
• 3.5 实验结果分析42-44
• 3.5.1 试验刀具磨损形貌42-43
• 3.5.2 刀具磨损机理研究43-44
• 3.5.3 刀具磨损量变化曲线44
• 3.6 刀具磨损模行的建立44-47
• 3.6.1 基于后刀面磨损的磨损率计算方法45-46
• 3.6.2 曲线拟合刀具“差分”磨损模行46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第4章 刀具磨损仿真48-58
• 4.1 刀具磨损仿真系统概括48
• 4.2 Python语言与ABAQUS的二次开发48-50
• 4.2.1 Python语言48-49
• 4.2.2 ABAQUS软件的脚本接口49-50
• 4.2.3 Python语言在ABAQUS二次开发中的应用50
• 4.3 基于Python语言的子程序50-51
• 4.4 磨损率的计算51-52
• 4.5 节点磨损方向52-54
• 4.5.1 前刀面节点移动方向53-54
• 4.5.2 后刀面节点移动方向54
• 4.6 刀具磨损形貌更新54-56
• 4.7 结果与讨论56-57
• 4.8 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果66-67
• 致谢67-68

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本文编号：1053498