磨料水射流铣削钛合金试验研究

发布时间：2017-10-31 12:25

  本文关键词：磨料水射流铣削钛合金试验研究

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【摘要】：钛合金材料因其具有优良的物理特性,广泛的用于装备制造业。但是钛合金的热导率低、弹性模量小、化学活性高,传统加工工艺对钛合金等难加工材料的制造存在较多不利影响。磨料水射流技术是较新颖的特种加工技术,其利用高压水流作为能量传递介质,对微细的磨料粒子加速。高速运动的磨料粒子对靶物材料形成冲击损伤,但在材料表面不产生较大热量,故磨料水射流技术对钛合金等难加工材料的铣削加工具有明显的优势。 本文采用后混合磨料水射流技术对钛合金进行铣削研究,通过对射流压力、靶距、横向进给量和喷嘴移动速度四个影响参数的单因素实验分析得出射流压力越大,材料去除率越高；喷嘴移动速度和横向进给量越大,材料去除率越低；靶距应根据加工情况选择合适的距离。通过正交试验法分析四个参数的影响权重并优化出加工参数的组合。利用残余应力检测仪对铣削加工的钛合金工件表面进行残余应力检测,将铣削参数对残余应力的影响作对比分析：建立了后磨料水射流铣削钛合金的残余应力的数学预测模型并与检测结果对比,通过量纲分析方法建立了多个影响参数的残余应力数学模型；从宏观与微观角度对铣削工件的表面形貌进行观察分析,得出后混合磨料水射流对钛合金的损伤方式为压应力与剪应力的共同作用,材料晶体的破坏形式为沿晶破坏和穿晶断裂。应用SPH-FEM耦合算法对磨料冲击钛合金材料进行数值计算,并结合有限元分析软件动力学模块对冲击损伤演化过程进行可视化分析。磨料粒子以692m/s速度冲击钛合金时的应力峰值为1.389×106kPa,材料模型在X、Y方向的应力张量分别为-2.128x×105kPa、-5.294×105kPa,模拟出钛合金模型在粒子速度为632m/s、692m/s、747m/s冲击下的等效应变情况。 通过试验分析与数值计算为后混合磨料水射流铣削钛合金材料的实际生产提供一定的借鉴,并提出了本文的不足和后续工作的重点。
【关键词】：磨料水射流 残余应力 钛合金 微观形貌 Autodyn
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG664
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 引言13-15
• 1 绪论15-27
• 1.1 水射流技术的发展与应用15-20
• 1.1.1 国内外高压水射流的发展历程15-16
• 1.1.2 磨料水射流技术简介16-18
• 1.1.3 磨料水射流技术的应用18-20
• 1.2 钛合金及其加工技术20-23
• 1.2.1 钛合金材料及其应用20-21
• 1.2.2 钛合金材料制造技术21-23
• 1.3 国内外利用磨料水射流加工钛合金的研究23-25
• 1.4 课题来源、主要研究内容及意义25-26
• 1.4.1 课题来源25
• 1.4.2 主要研究内容25-26
• 1.4.3 课题研究意义26
• 1.5 本章小结26-27
• 2 磨料水射流铣削钛合金效率研究27-39
• 2.1 单因素法铣削试验27-29
• 2.2 单个铣削参数的变化对钛合金材料的去除率影响29-32
• 2.2.1 射流压力对钛合金材料去除率的影响29-30
• 2.2.2 靶距对钛合金材料去除率的影响30-31
• 2.2.3 喷嘴移动速度对钛合金材料去除率的影响31
• 2.2.4 进给量对钛合金材料去除率的影响31-32
• 2.3 正交实验法优化铣削参数32-36
• 2.3.1 正交实验设计32-34
• 2.3.2 正交试验结果分析34-36
• 2.4 本章小结36-39
• 3 磨料水射流铣削钛合金的残余应力分析39-55
• 3.1 残余应力检测仪及其原理39-44
• 3.1.1 残余应力检测设备39-40
• 3.1.2 残余应力检测原理40-44
• 3.2 磨料水射流铣削钛合金材料表面残余应力分析44-53
• 3.2.1 钛合金表面残余应力检测及分析44-49
• 3.2.2 残余应力数学预测模型49-51
• 3.2.3 残余应力的量纲化分析51-53
• 3.4 本章小结53-55
• 4 磨料水射流铣削钛合金材料表面特性分析55-67
• 4.1 概述55
• 4.2 宏观条件下磨料水射流铣削钛合金材料表面形貌特征55-57
• 4.3 微观条件下磨料水射流铣削钛合金材料表面形貌特征57-66
• 4.3.1 微观检测设备简介与准备57-58
• 4.3.2 不同放大倍数下的表面微观形貌分析58-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 磨料水射流冲蚀钛合金数值分析67-81
• 5.1 SPH计算方法介绍67
• 5.2 SPH计算方法的基本原理67-71
• 5.2.1 SPH方法的数学思想67-68
• 5.2.2 SPH基本方程68-71
• 5.3 Ansys-Autodyn软件介绍71
• 5.4 Ansys-Autodyn数值计算71-79
• 5.4.1 Ansys-Autodyn数值计算步骤71-76
• 5.4.2 AUTODYN计算结果分析76-79
• 5.5 本章小结79-81
• 6 结论81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 作者简介及读研期间主要科技成果89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 周志民;张元良;李晓艳;周慧源;;油气雾化技术在钛合金加工中应用研究[J];大连理工大学学报;2011年01期

2 杨发展;艾兴;赵军;周建强;;细晶粒硬质合金刀具铣削钛合金损坏机理的研究[J];工具技术;2008年04期

3 秦龙;董海;张弘_";李Z，

本文编号：1122369