Ti6Al4V钛合金多工步切削加工切屑形成机理研究

发布时间：2020-06-17 10:12

【摘要】：钛合金被广泛应用于航天、医疗、冶金、化工等行业。由于其导热系数低、化学活性大、变形系数小等加工特点,在传统的切削加工过程中常出现锯齿形切屑引起的切削系统振动、加工硬化严重、切削力过大等现象。本文利用实验与仿真相结合的方式分别对钛合金锯齿形切屑形成机理以及多工步加工过程进行了分析,揭示了钛合金多工步加工切屑形成机理。首先进行了钛合金正交切削实验,研究了切削速度、进给量对切削力以及切屑形态的影响规律。结果表明:随着切削速度的增大,切屑锯齿化程度增大,切削力下降;随进给量的增加,切屑锯齿化程度增大,切削力增大。采用剪切角理论分析了钛合金切削过程中的锯齿形切屑形成机理。利用Abaqus有限元软件对钛合金切削进行了仿真建模。采用正交切削实验得到的切屑形态与切削力对有限元模型进行正确性验证。利用仿真模型分析了沿深度方向的残余应力随切削速度与刀具前角的变化规律,结果表明:在不同切削速度与刀具前角情况下,残余应力沿深度方向上的分布规律相同。对钛合金进行了多工步切削实验,研究了加工表面硬度随切削速度、切削厚度的变化规律。分析了切削速度、切削厚度对不同工步加工表面硬度的影响,并对不同加工工步的切屑宏观形态进行了分析。结果表明:固定第二工步切削速度与切削厚度,加工表面硬度随第一工步切削厚度的增加而减小,而随第一工步切削速度的增加无明显变化。利用有限元切削模型对钛合金锯齿形切屑的形成过程进行了模拟,并针对钛合金多工步加工进行了仿真及分析。结果表明:随着第一工步的切削速度增大,第一工步加工表面单元的刚度损伤当量、等效塑性应变PEEQ逐渐下降,Mises应力逐渐上升,导致了第二工步切屑锯齿化程度随第一工步切削速度的增加而减小。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG506
【图文】：

多工步

Ｄｅｈｍａｎｉ等［７１＇７２］研究了己加工表面的温度和应变累积对下道工序的影响，对残余应力的分布进行了分析。在以往的研究中，大多都没有考虑上一步加工导的误差与硬度影响。前道工序对工件表面的应力、应变有较大影响，从而影响到一工步的切屑形成过程。逡逑１．４目前研究存在的问题逡逑关于钛合金切削过程中锯齿形切肩的形成机理以及在多工步加工过程中切的形成规律目前存在的问题有：逡逑（１）国内外学者均采用实验与仿真相结合的方式对锯齿形切肩形成机理进行究，虽然目前多数学者支持绝热剪切理论，但是对钛合金锯齿状切肩的形成机理然存在分歧＝逡逑（２）切屑锯齿化是钛合金加工过程中影响加工质量的重要因素之一，每一工

切屑形态,切屑形态,切削实验,钛合金

在每组实验完成后，都将切屑进行收集，并按照切削参数进行标记。将切屑进逡逑行镶嵌，对其研磨、抛光、腐蚀，其中腐蚀剂为３ｍｌ氢氟酸，５ｍｌ硝酸，１００ｍｌ水逡逑配出的溶液，一般腐蚀时间为３０ｓ？６０ｓ。利用扫描电子显微镜观测切屑形态，图２－逡逑２为不同切削参数情况下的切肩形态。逡逑由图２－２可以看出，当切削速度与进给量较大时，出现锯齿形切肩。图２－３为逡逑锯齿化程度特征参数，本文使用Ｇ来表示锯齿形切肩的锯齿化程度［７２］：逡逑Ｇ邋＝邋Ｈ￣￣逦（２－１）逡逑ｓ邋Ｈ逡逑式中Ｈ——齿顶高度；逡逑Ｃ——齿谷高度。逡逑－１２－逡逑

【参考文献】