Ti-6Al-4V钛合金加工性能研究

发布时间：2017-08-10 10:23

  本文关键词：Ti-6Al-4V钛合金加工性能研究

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【摘要】：钛合金因为具有良好的力学性能和化学性能而在航空航天、军事船舰等行业中被广泛应用,在医学、汽车行业中应用也十分常见。但是从现场使用情况看来,钛合金的加工表面质量极大地影响着零件的耐腐蚀性能和疲劳寿命,由于加工质量而引起的钛合金失效的现象也屡屡发生。然而,钛合金材料塑性大、硬度高、加工硬化现象严重使其在切削加工中表面质量难以提高。论文以Ti-6Al-4V钛合金为研究对象,对其在不同的切削参数下进行了有限元分析和实验研究,得出了在满足表面质量要求的前提下具有最高加工效率的参数组合。还对其进行了电火花线切割加工实验,分析了影响Ti-6Al-4V钛合金的表面质量的电参数。首先通过对国内外研究金属切削的研究进行大量的调研,分析了金属切削仿真的关键所在。在此基础上,利用专门研究金属切削的有限元分析软件AdvantEdge建立了K类硬质合金刀具车削Ti-6Al-4V钛合金的二维有限元模型,模拟分析了切削力、切削温度和残余应力随切削用量参数和刀具几何参数的变化规律。为研究钛合金材料加工表面质量随切削参数的变化规律,进行了Ti-6Al-4V钛合金的车削实验,得到了正交试验条件下的表面粗糙度值和切削温度值,并分析了切削用量参数对它们的影响规律,将实验得到的规律与仿真得到的规律进行对比分析；同时进行了电火花线切割Ti-6Al-4V钛合金棒料端面实验,观察分析了不同电参数下的工件表面质量,并与车削实验进行对比。以Box-Behnken方法设计了面向表面粗糙度的车削实验方案,并以此实验数据为基础,通过多项式响应面法拟合出表面粗糙度的预测模型。以预测模型为约束条件,以金属切除率为目标函数,以切削用量的取值范围为边界条件,通过多岛遗传算法进行了面向已加工表面粗糙度的切削参数优化,得到了在相应约束值下的最优切削参数组合。
【关键词】：Ti-6Al-4V钛合金 切削仿真 车削实验 预测模型 参数优化
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG506;TG661
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 金属切削加工国内外研究现状10
• 1.3 钛合金材料切削性能研究现状10-14
• 1.3.1 钛合金材料切削国外研究现状10-12
• 1.3.2 钛合金材料切削国内研究现状12-14
• 1.4 钛合金电火花加工的研究现状14-15
• 1.4.1 钛合金材料电火花加工国外研究现状14-15
• 1.4.2 钛合金材料电火花加工国内研究现状15
• 1.5 金属切削及有限元仿真理论15-18
• 1.5.1 金属切削过程16
• 1.5.2 有限元分析方法原理简介16-18
• 1.5.3 有限元分析过程18
• 1.6 本论文的主要内容和意义18-20
• 1.7 本章小结20-21
• 第2章 TC4钛合金车削过程有限元仿真21-49
• 2.1 AdvantEdge软件简介21-23
• 2.1.1 AdvantEdge组成21-22
• 2.1.2 AdvantEdge特征22
• 2.1.3 AdvantEdge优势22-23
• 2.2 切削仿真研究内容23-25
• 2.2.1 切削力23-24
• 2.2.2 切削温度24
• 2.2.3 残余应力24-25
• 2.3 钛合金切削仿真建模25-29
• 2.3.1 材料本构模型和参数25-26
• 2.3.2 刀具及其几何角度参数的设置26-27
• 2.3.3 单元网格设置27-28
• 2.3.4 仿真设计28-29
• 2.4 改变切削用量的切削过程仿真29-40
• 2.4.1 进给量对切削力的影响31-32
• 2.4.2 进给量对切削温度的影响32-33
• 2.4.3 背吃刀量对切削力的影响33
• 2.4.4 背吃刀量对切削温度的影响33-34
• 2.4.5 切削速度对切削力的影响34-35
• 2.4.6 切削速度对切削温度的影响35-36
• 2.4.7 切削用量参数对残余应力的影响36-40
• 2.5 改变刀具参数的切削过程仿真40-47
• 2.5.1 刀具前角对切削力的影响40
• 2.5.2 刀具前角对温度的影响40-42
• 2.5.3 刀具后角对切削力的影响42
• 2.5.4 刀具后角对温度的影响42-44
• 2.5.5 刀刃钝圆半径对切削力的影响44
• 2.5.6 刀刃钝圆半径对温度的影响44-46
• 2.5.7 刀具几何参数对残余应力的影响46-47
• 2.6 本章小结47-49
• 第3章 TC4钛合金切削加工实验研究49-78
• 3.1 实验设备及相关材料49-52
• 3.1.1 工件材料49
• 3.1.2 切削刀片49-50
• 3.1.3 实验设备与测量仪器50-52
• 3.2 实验方案设计52-56
• 3.2.1 单因素实验52-53
• 3.2.2 正交试验53-56
• 3.3 实验结果56-75
• 3.3.1 切削力实验56-61
• 3.3.2 表面粗糙度实验61-65
• 3.3.3 已加工表面硬度实验65-68
• 3.3.4 切削温度实验68-72
• 3.3.5 钛合金切屑形态研究72-75
• 3.4 实验规律与仿真规律对比75-77
• 3.5 本章小结77-78
• 第4章 面向表面粗糙度的切削参数优化78-85
• 4.1 Design-Expert软件简介78-79
• 4.2 多项式响应面方法简介及模型建立79-82
• 4.3 遗传算法简介82-83
• 4.4 切削参数优化模型及结果83-84
• 4.5 本章小结84-85
• 第5章 TC4钛合金电火花加工实验研究85-89
• 5.1 实验设备与测量仪器85-86
• 5.2 实验方案与结果86-87
• 5.3 实验结果分析与对比87-88
• 5.4 本章小结88-89
• 第6章 结论与展望89-92
• 6.1 结论89-90
• 6.2 展望90-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-99
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目99

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本文编号：650210