单颗磨粒高速磨削Ti6Al4V仿真与实验研究

发布时间：2023-10-28 17:16

　　TC4钛合金由于具有比强度高、热稳定性好、耐腐蚀强等优点而被广泛应用于汽车、航空航天和医疗设备制造等领域。国内外学者对钛合金进行了广泛的研究,并得到了实际应用。钛合金由于导热系数低,弹性模量小,在加工过程中会导致加工效率低,加工成本高。高速磨削技术可以很好的解决这一问题,但是由于磨粒形状及尺寸分布的随机性使得磨削过程中磨粒与工件材料之间各种力学、物理学现象产生机理复杂,导致了高速磨削机理的研究变得异常困难。论文以单颗磨粒为研究对象对磨削过程中的磨削力、材料堆积、磨屑形态以及滑痕表面特性进行了观察与分析,为探究复杂磨削提供了理论依据。本文主要研究内容如下:(1)在室温条件下进行钛合金拉伸实验,得到不同拉伸速度下钛合金材料的应力应变曲线图,对TC4钛合金的Johnson-Cook本构模型进行优化与修正,确定了材料本构参数。并对钛合金进行了不同磨削速度下的摩擦磨损实验,测定其摩擦因数,以上工作为钛合金磨削仿真做了铺垫。(2)对磨削过程中单颗磨粒的几何形状进行简化,确定磨粒几何形状为圆锥形;对磨削过程中磨削力以及磨削轨迹等进行了理论的分析,设计了符合实际磨削过程的单颗磨粒运动轨迹,并搭建了单颗...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 钛合金性能及其高速磨削加工现状
        1.2.1 钛合金性能
        1.2.2 高速磨削技术
        1.2.3 钛合金加工特性
    1.3 单颗粒磨削钛合金磨削力理论模型
    1.4 单颗磨粒高速磨削仿真与实验研究
        1.4.1 单颗磨粒高速磨削实验研究
        1.4.2 单颗磨粒高速磨削仿真研究
    1.5 课题来源及研究背景和内容
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 课题研究意义
        1.5.3 主要研究内容
    1.6 本章小结
第二章 单颗磨粒高速磨削理论
    2.1 单颗磨粒磨削材料去除过程物理模型
    2.2 单颗磨粒几何模型的构建
    2.3 单颗磨粒磨削力理论模型
    2.4 单颗磨粒磨削运动过程分析
        2.4.1 单颗磨粒磨削滑痕长度分析
        2.4.2 单颗磨粒磨削滑痕侧面积分析
        2.4.3 单颗磨粒磨削材料去除率分析
    2.5 本章小结
第三章 单颗磨粒磨削TC4有限元仿真研究
    3.1 TC4钛合金材料参数的确定
        3.1.1 TC4钛合金材料Johnson-Cook本构方程
        3.1.2 基于MATLAB的 Johnson-Cook本构方程的修正
    3.2 基于切屑分离准则的单颗金刚石磨粒磨削有限元模型的建立
        3.2.1 几何模型的建立与网格的划分
        3.2.2 材料断裂准则
        3.2.3 切屑分离准则
        3.2.4 磨粒-工件摩擦模型
        3.2.5 摩擦因数的测定
    3.3 单颗金刚石磨粒磨削仿真结果分析与讨论
        3.3.1 单颗磨粒高速磨削磨削力仿真
        3.3.2 滑痕形貌仿真分析
        3.3.3 不同磨粒负前角下的切屑形态
        3.3.4 磨粒负前角对切屑剪切角的影响
        3.3.5 金刚石磨粒的磨损仿真
    3.4 本章小结
第四章 单颗金刚石磨粒磨削TC4钛合金实验研究
    4.1 实验平台的搭建
        4.1.1 磨粒砂轮的设计
        4.1.2 实验条件与实验方案的设计
    4.2 滑痕表面形貌分析
        4.2.1 滑痕三维形貌分析
        4.2.2 滑痕轮廓分析
        4.2.3 材料去除率分析
    4.3 滑痕亚表层分析
    4.4 单颗磨粒磨削TC4钛合金磨削力分析
    4.5 磨屑形态分析
    4.6 本章小结
第五章 全文总结及展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表论文



本文编号：3857428