镍铝基高温材料切削加工的有限元仿真与试验研究

发布时间：2017-09-17 22:20

  本文关键词：镍铝基高温材料切削加工的有限元仿真与试验研究

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【摘要】：高温材料是航空发动机高温部件的主要使用材料,其高效切削加工一直是待解决的难题之一。本文的研究对象为一种新型的Ni_3Al基高温材料,该材料结构热稳定性好,高温强度高,具有很好的高温性能,是我国新一代航空发动机高温部件的使用材料。本文应用数值模拟的方法,结合理论分析与加工试验,重点研究Ni_3Al基高温材料的切削加工过程。主要研究工作如下:(1)对切削加工过程有限元仿真建模中所涉及的关键技术进行了讨论和分析,介绍了一种求解Johnson-Cook材料本构方程参数的算法,并根据此算法得到了Ni_3Al基高温材料的JohnsonCook材料本构方程参数。(2)通过ABAQUS有限元分析软件,对ALE自适应网格建模方法和带有分离线的建模方法进行了比较分析,并用后者建立了K313硬质合金刀具正交切削Ni_3Al基高温材料的有限元仿真模型;用K313硬质合金刀具对Ni_3Al基高温材料进行正交切削试验,采用不同的切削参数,测量切削过程中的主切削力和切削温度,并与仿真结果进行比较,分析了两者的差异。(3)利用Ni_3Al基高温材料切削加工的仿真模型,研究了Ni_3Al基高温材料切削过程中锯齿形切屑的形成过程,分析了切削过程中主切削力的变化和切削温度的分布情况;分析了不同切削参数对Ni_3Al基高温材料切削加工中锯齿形切屑形态、主切削力和切削温度的影响,并为Ni_3Al基高温材料切削加工中切削速度和切削深度的选择提供了参考意见。
【关键词】：Ni_3Al基高温材料 切削加工 有限元仿真 锯齿形切屑 切削力 切削温度
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.1.1 课题研究背景13-14
• 1.1.2 课题研究意义14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 镍基高温合金切削加工的研究现状14-16
• 1.2.2 金属切削加工过程有限元仿真的研究现状16-18
• 1.3 本文拟开展的研究工作18-19
• 第二章 镍铝基高温材料切削加工仿真关键问题处理19-36
• 2.1 Ni_3Al基高温材料的成分与性能19-20
• 2.2 有限元法概述20-21
• 2.3 切削加工的热力耦合有限元分析过程21-23
• 2.3.1 切削加工有限元分析方法的基本步骤21-22
• 2.3.2 切削加工热力耦合分析过程的理论基础22-23
• 2.4 材料的非线性本构关系23-28
• 2.4.1 材料的本构关系模型23-24
• 2.4.2 Johnson-Cook本构方程参数的确定方法24-25
• 2.4.3 Ni_3Al基高温材料本构方程的确定25-28
• 2.5 切削加工过程有限元建模的关键问题处理28-35
• 2.5.1 切屑分离准则28-30
• 2.5.2 摩擦模型的建立30-32
• 2.5.3 切削热的产生问题分析32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 镍铝基高温材料正交切削仿真建模与试验验证36-52
• 3.1 镍铝基高温材料正交切削有限元模型建立36-41
• 3.1.1 正交切削有限元模型简化36-37
• 3.1.2 几何模型的建立37
• 3.1.3 有限元模型基本设置37-38
• 3.1.4 刀具与工件的接触设置38
• 3.1.5 边界条件的设置38
• 3.1.6 不同切屑成型建模方法的对比38-41
• 3.2 镍铝基高温材料正交切削试验41-45
• 3.2.1 正交切削试验系统41-45
• 3.2.2 正交切削试验方案与结果45
• 3.3 镍铝基高温材料正交切削仿真模型的试验验证45-50
• 3.3.1 主切削力的仿真结果与验证46-47
• 3.3.2 切削温度的仿真结果与验证47-49
• 3.3.3 切屑的仿真结果与验证49-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 镍铝基高温材料切削加工过程的仿真研究52-64
• 4.1 Ni_3Al基高温材料切屑的仿真研究52-57
• 4.1.1 锯齿形切屑的形成过程分析52-53
• 4.1.2 切削速度对锯齿形切屑变形的影响53-55
• 4.1.3 切削深度对锯齿形切屑变形的影响55-57
• 4.2 Ni_3Al基高温材料主切削力的仿真研究57-59
• 4.2.1 Ni_3Al基高温材料切削过程中主切削力分析57-58
• 4.2.2 切削速度对Ni_3Al基高温材料主切削力的影响58-59
• 4.2.3 切削深度对Ni_3Al基高温材料主切削力的影响59
• 4.3 Ni_3Al基高温材料切削温度的仿真研究59-62
• 4.3.1 Ni_3Al基高温材料切削过程的温度分析60-61
• 4.3.2 切削速度对Ni_3Al基高温材料切削温度的影响61
• 4.3.3 切削深度对Ni_3Al基高温材料切削温度的影响61-62
• 4.4 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：871688