高温合金钻削加工特性研究

发布时间：2017-08-17 02:01

  本文关键词：高温合金钻削加工特性研究

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【摘要】：GH4169是综合性能较好的镍基高温合金。它具有较高的屈服强度和高温强度、良好的抗热腐蚀性能、疲劳性能和断裂韧性,所以在航空发动机的中得到了广泛的应用。但GH4169高温合金又是最难加工的材料之一,切削加工性差,钻削加工尤为困难。钻削高温合金时出现的切削温度高、切削力大、排屑困难等问题不仅极大地降低了加工效率、增加了加工成本,也严重阻碍了高温合金在航空航天领域中的应用和发展。由此可以看出深入研究分析GH4169高温合金在钻削过程中的钻削温度、钻削轴向力、扭矩和切屑形态等加工特性非常必要。为此,本论文在以下几方面进行了详细的研究:首先,在对麻花钻后刀面的几种刃磨方法进行阐述后,本文选择锥面刃磨原理作为建立麻花钻三维模型的方法。经过对锥面刃磨原理的研究,建立了刃磨参数和刀具几何参数的关系。最后利用Pro/E进行麻花钻的三维建模,为仿真模型的建立打下了坚实的基础。其次,根据钻削加工切削原理,利用Deform-3D仿真软件,经过定义刀具工件材料、分析刀具与切屑的摩擦、定义边界条件、确定迭代方法和切屑分离准则、确定步长等步骤完成钻削仿真的建模。经过有限元仿真软件的后处理分析可以得到不同切削参数和刀具几何结构下的钻削轴向力、转矩、钻削温度的数据以及切屑的形态。最后,在加工中心上利用平板压电式测力仪进行试验研究,对力的仿真结果、切屑形态进行验证再利用试验数据对经验公式进行修订。如此对可得出以下结论:(1)钻削轴向力和转矩随着刀具进给量、刀具直径及顶角的增加而增大,随刀具转速的变大而减小;当螺旋角增大时轴向力减小,转矩增大;且转速对轴向力的影响最大。(2)麻花钻上的钻削温度主切削刃上的最高,其次是横刃,再次是横刃转点处,且每个部分的上的温度也不尽相同。(3)高温合金的钻削切屑呈锯齿形态,且转速对其影响最大,其次是进给量。
【关键词】：GH4169高温合金 钻削仿真 钻削轴向力和转矩 切削温度 切屑形态
【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】：TG52
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 引言13-14
• 1.2 高温合金的概述14-17
• 1.2.1 高温合金的发展14-15
• 1.2.2 高温合金的分类15
• 1.2.3 高温合金加工研究现状15-17
• 1.3 GH4169高温合金材料性能及加工特点17-18
• 1.3.1 GH4169的材料性能17
• 1.3.2 GH4169的钻削加工特点17-18
• 1.4 高温合金的钻削加工18-19
• 1.4.1 钻削加工概述18
• 1.4.2 钻削加工特点18-19
• 1.5 钻削加工的有限元仿真研究现状19-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第2章 麻花钻几何特征研究21-30
• 2.1 麻花钻的几何结构21-22
• 2.2 麻花钻后刀面刃磨方法22-23
• 2.2.1 锥面刃磨法22
• 2.2.2 螺旋面刃磨法22-23
• 2.2.3 圆柱面刃磨法23
• 2.3 圆锥面后刀面数学建模23-24
• 2.4 锥面刃磨参数和刀具几何角度的关系24-28
• 2.4.1 刃磨参数与横刃斜角的关系25
• 2.4.2 刃磨参数与半顶角的关系25
• 2.4.3 刃磨参数与圆周后角的关系25-26
• 2.4.4 刃磨参数与刀具角度关系方程组26-27
• 2.4.5 麻花钻的三维模型27-28
• 2.5 钻削高温合金刀具材料的选择28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 基于Deform-3D的钻削仿真建模30-43
• 3.1 有限元原理概述30-33
• 3.1.1 弹塑性有限元法30-31
• 3.1.2 刚塑性有限元法31-33
• 3.2 Deform-3D软件介绍33-34
• 3.3 钻削仿真模型的建立34-42
• 3.3.1 模型的导入和分析方法的选用35
• 3.3.2 材料本构模型的选择35-37
• 3.3.3 分离准则和刀具磨损模型的设置37-38
• 3.3.4 迭代方法和变形求解器的设置38-39
• 3.3.5 刀具接触区和边界条件的设定39
• 3.3.6 模型大小和网格划分39-41
• 3.3.7 仿真步长的设置41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 GH4169钻削特性的仿真研究43-60
• 4.1 轴向力和转矩的单因素法仿真研究43-46
• 4.2 轴向力和转矩仿真结果46-48
• 4.3 轴向力的正交分析法48-50
• 4.3.1 极差分析49-50
• 4.4 钻削温度的分析50-53
• 4.4.1 切削温度的分布51-52
• 4.4.2 切削参数对钻削温度的影响52-53
• 4.5 工件切屑的分析53-58
• 4.5.1 切屑的形成过程53-54
• 4.5.2 切屑的形态分析54-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第5章 钻削试验及仿真模型的验证60-72
• 5.1 试验目的60
• 5.2 试验条件60-64
• 5.2.1 工件材料60-61
• 5.2.2 加工刀具61
• 5.2.3 加工机床61-62
• 5.2.4 切削力测量设备62-64
• 5.3 试验方案64-66
• 5.3.1 单因素试验方案设计64-65
• 5.3.2 正交试验方案设计65-66
• 5.4 试验结果与分析66-70
• 5.4.1 切削力与转矩的对比分析66-68
• 5.4.2 钻头磨损区域的对比分析68-69
• 5.4.3 加工切屑的对比分析69-70
• 5.5 切削力公式的修订70-71
• 5.6 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果78-79
• 致谢79-80

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