钛合金车削加工刀具磨损建模技术研究及预测分析

发布时间：2021-12-12 14:07

　　钛合金因其优异的物理和机械性能而受到越来越高的重视,被广泛的应用于航空航天工业,用来制造飞机发动机、机体和各种高速结构件,被称为高性能战略金属材料。然而,由于其弹性模量小、导热系数低和化学活性高等特点,使其成为一种典型的难加工材料。在其切削加工过程中,切削区域会产生很高的切削温度,导致加工效率低、刀具磨损快。硬质合金刀具因其优良的性能而被广泛应用于钛合金加工。然而,硬质合金刀具的磨损是个突出的问题。严重的刀具磨损对加工效率和质量有较大的影响,而目前尚缺乏钛合金加工刀具寿命预测的有效模型和方法。因此,建立一个能准确预测刀具磨损量、监测刀具磨损状态的模型已成为钛合金加工研究领域值得关注的课题。本文以硬质合金刀具车削钛合金TC4为例,研究切削过程中刀具在热力耦合作用下的磨损特征和规律。从理论上分析了切削过程中的切削原理和切屑成形规律,研究了刀具的磨损形式、磨损过程和磨损机理。分别构建了单个磨损机理作用下和综合考虑磨粒、粘结和扩散磨损机理作用下的硬质合金刀具磨损模型,揭示了基于温度效应的刀具失效机理。在此基础上,利用有限元软件ABAQUS的二次开发技术进行了刀具磨损的预测研究,分析了切削用量参... 

【文章来源】：西安理工大学陕西省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 钛合金的材料特性和加工特性
        1.1.1 钛合金TC4的材料性能
        1.1.2 钛合金TC4的切削加工特点
    1.2 钛合金加工刀具研究现状
    1.3 硬质合金刀具磨损机理及磨损模型研究现状
    1.4 切削加工过程有限元模拟技术的研究现状
        1.4.1 有限元技术在金属切削加工中的应用
        1.4.2 有限元软件ABAQUS简介
    1.5 论文的提出、研究内容及总体框架
        1.5.1 论文的提出
        1.5.2 论文的研究内容及总体框架
2 硬质合金刀具磨损机理及磨损数学模型的建立
    2.1 切削原理及切屑成形
    2.2 刀具磨损形式
    2.3 刀具磨损过程
    2.4 刀具磨损机理分析
    2.5 硬质合金刀具磨损数学模型的建立
    2.6 本章小结
3 刀具磨损有限元仿真模型建立及验证
    3.1 切削过程有限元仿真方法
    3.2 有限元仿真关键技术
        3.2.1 材料本构模型
        3.2.2 刀-屑间的摩擦模型
        3.2.3 材料断裂准则
    3.3 ABAQUS软件的二次开发
        3.3.1 ABAQUS软件二次开发语言介绍
        3.3.2 基于Python的ABAQUS二次开发原理
    3.4 刀具磨损计算子程序设计
        3.4.1 接触应力
        3.4.2 刀具温度
        3.4.3 刀具滑动速度
        3.4.4 刀具形貌更新
    3.5 刀具磨损二维切削仿真模型建立
        3.5.1 仿真模型建立
        3.5.2 刀具磨损仿真结果分析
    3.6 实验设计及磨损仿真结果验证
        3.6.1 试验条件及试验方法
        3.6.2 实验结果与仿真结果对比分析
    3.7 本章小结
4 切削用量参数及刀具磨损对切削过程的影响
    4.1 切削用量对切削力和切削温度的影响
        4.1.1 切削用量对切削力的影响
        4.1.2 切削用量对切削温度的影响
    4.2 刀具磨损对切削过程的影响
        4.2.1 刀具磨损对切削温度的影响
        4.2.2 刀具磨损对切削力的影响
        4.2.3 刀具磨损对刀具应力的影响
        4.2.4 刀具磨损对工件已加工表面残余应力的影响
    4.3 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AGA-GRNN神经网络的刀具寿命预测研究[J]. 李浩平,欧阳俊,谢雪媛.  三峡大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]基于Simulink反馈方法的钛合金铣削刀具磨损预测[J]. 丁宝洋,白倩,刘具龙,张璧.  机械工程学报. 2019(11)
[3]航空难加工材料超声振动辅助切削技术现状及发展趋势[J]. 向业,许磊,廖鹏飞,舒嵘,李卫生,路冬.  工具技术. 2018(08)
[4]航空航天紧固件用钛合金材料综述[J]. 李蒙,凤伟中,关蕾,王新,张永强,王俭.  有色金属材料与工程. 2018(04)
[5]航空典型难加工材料切削加工技术研究进展[J]. 李郁,田卫军,雷玲,张昆鹏.  装备制造技术. 2018(04)
[6]内冷车刀设计的结构和热复合分析方法及应用[J]. 李天箭,刘文博,吴涛.  计算机集成制造系统. 2018(04)
[7]基于ABAQUS的带状切屑有限元仿真研究[J]. 张嘉嘉,王大中.  轻工机械. 2017(01)
[8]PCBN刀具磨损对切削过程影响的有限元仿真研究[J]. 张佳奕.  工具技术. 2017(01)
[9]钛合金Ti6Al4V高速铣削三维有限元仿真分析[J]. 陈国三,黄晓华,陈龙高,董松江,冯畅,王立.  组合机床与自动化加工技术. 2016(04)
[10]钛合金铣削加工刀具磨损有限元预测分析[J]. 孙玉晶,孙杰,李剑峰.  机械工程学报. 2016(05)

博士论文
[1]钛合金铣削加工过程参量建模及刀具磨损状态预测[D]. 孙玉晶.山东大学 2014
[2]钛合金高速铣削加工机理及铣削参数优化研究[D]. 陈建岭.山东大学 2009

硕士论文
[1]硬质合金刀具切削钛合金刀具磨损机理的试验研究[D]. 王琳琳.沈阳理工大学 2013
[2]钛合金切削加工中刀具与工件性能匹配的研究[D]. 石磊.山东大学 2007



本文编号：3536811