基于DEFORM-3D有限元模拟铣削Ti6Al4V过程及铣削参数优化
发布时间：2021-02-23 14:11
钛合金Ti6Al4V有着非常优异的力学性能,该材料的密度较低并且有着良好的耐腐蚀性,也因此被广泛应用于汽车、航空等重要的领域。但是钛合金Ti6Al4V有着高温化学性高、弹性模量小以及导热系数低等特性,使得切削过程容易出现温度、能耗过高、刀具磨损过快、表面质量难以得到控制等问题,是一种很典型的难加工材料。因此,本研究提出了高斯过程回归-多目标粒子群优化算法（GPR-MOPSO）的优化模型,借助DEFORM-3D有限元仿真技术获取数据,实现基于铣削工艺参数来优化钛合金铣削加工中的表面粗糙度以及单位体积铣削能耗,获取最优铣削参数组合,该优化模型可为铣削过程保持质量稳定及减少能耗提供有效的参数调控依据。鉴于DEFORM-3D具有减少物理实验成本、缩短工艺参数选择周期等优点,本文采用DEFORM-3D模拟Ti6Al4V的铣削过程。利用DEFORM-3D构建了带涂层TiAlN的硬质合金刀具铣削钛合金过程的有限元模型,选取主轴转速、进给速度、铣削宽度、铣削深度为铣削参数进行模拟,获取了不同参数组合的表面粗糙度与能耗数据,并与物理实验对比,验证了DEFORM-3D获取数据的有效性,为后期多目标优化模型...
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几何的导入
广西大学硕士学位论文基于DEFORM-3D有限元模拟铣削Ti6Al4V过程及铣削参数优化12图2-2模拟控制设置示意图Figure2-2Diagramofanalogcontrolsettings6.仿真运动方式物理实验铣削加工刀具固定并作旋转运动，工作台在作进给运动，同样地，在仿真的环境中，把刀具的平移运动固定，在旋转运动设置相应的参数。工件的旋转运动参数设置为0，平移运动设置的参数是进给速度的值。7.边界条件的设定该程序主要设置仿真环境中热交换及工具变形的问题。8.对象间的相互关系设定在该程序中主要设置的参数有摩擦系数、传热系数、以及刀具磨损模型，刀具磨损选择了Usui模型。并且根据其他文献，选择这些模型的常数值。最后产生工件与刀具之间的接触点。9.检查并生成DB档点击检查按钮，检查模拟控制设定的参数是否满足仿真运行的条件，如果出现数据库能产生，则满足要求，如果出现数据库不能产生，则需要根据提示的消息进行更改。以上的操作过程属于前处理，前处理阶段是DEFORM-3D最重要的阶段，在设置参数有很多细节必须要把控，这对输出的精度起着决定性作用，也是用户操作过程花费时间最多之处。10.模拟过程点击Simulator中的执行，左边位置出现绿色的“Running”，表示在正常仿真运行。
广西大学硕士学位论文基于DEFORM-3D有限元模拟铣削Ti6Al4V过程及铣削参数优化13在下图2-3有限元仿真图表的图标，点击进去可观察到整个仿真过程发生的变化，包括温度、切屑形态、应力变化等。图2-3正常DEFORM-3D仿真的运行图Figure2-3RunningchartofmormalDEFORM-3Dsimulation11.后处理点击后处理中DEFORM-2D/3D按钮，可出现如下图2-4后处理界面，该界面显示有：1.工件与刀具的显示窗口；2.选择仿真步数与播放过程；3.工件与刀具可选择窗口；4.工具的控制窗口5.输出变量选择等。图2-4后处理示意图Figure2-4Post-processingdiagram2.2.3铣削Ti6Al4V过程DEFORM-3D模拟的关键技术数控铣削过程是一个非常复杂的过程，所涉及的领域也很多，有摩擦学，还有各种力学知识，如热力学、断裂力学以及材料力学等。铣削工件的表面质量受温度，切削参
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC18钛合金铣削表面质量试验研究[J]. 王永鑫,张昌明. 机械强度. 2019(05)
[2]TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究[J]. 王晓明,韩江. 机械设计与制造. 2019(05)
[3]不同材料和刀尖圆弧半径刀具加工TC4钛合金的表面质量及刀具磨损行为[J]. 王丹,万军. 机械工程材料. 2019(04)
[4]面向能耗的数控铣削过程建模与参数优化[J]. 黄拯滔,杨杰,张超勇,周志恒,谢阳,林文文. 中国机械工程. 2016(18)
[5]典型切削机床能耗模型的研究现状及发展趋势[J]. 李涛,孔露露,张洪潮,ASIF Iqbal. 机械工程学报. 2014(07)
[6]基于BP神经网络数控机床切削能耗的研究[J]. 谢东,陈国荣,施金良,许弟建,王锋. 机床与液压. 2012(01)
[7]基于自适应混沌粒子群优化算法的多目标无功优化[J]. 李娟,杨琳,刘金龙,杨德龙,张晨. 电力系统保护与控制. 2011(09)
[8]面向加工表面粗糙度的钛合金高速铣削工艺参数区间敏感性及优选[J]. 田荣鑫,姚倡锋,黄新春,任军学,张定华. 航空学报. 2010(12)
[9]基于热力耦合模型的金属切削过程有限元分析[J]. 吴金炎,王庆明. 机械. 2009(02)
硕士论文
[1]振动作用下方肩铣刀切削钛合金加工表面形貌研究[D]. 于昕.哈尔滨理工大学 2019
[2]基于粒子群算法的多目标优化方法研究[D]. 毕莹.哈尔滨工程大学 2019
[3]难加工材料超低温加工冷却系统设计与切削试验研究[D]. 许清.南京航空航天大学 2018
[4]钛合金TC4的液氮低温切削研究[D]. 孟春.太原科技大学 2012
本文编号：3047718
【文章来源】：广西大学广西壮族自治区 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几何的导入
广西大学硕士学位论文基于DEFORM-3D有限元模拟铣削Ti6Al4V过程及铣削参数优化12图2-2模拟控制设置示意图Figure2-2Diagramofanalogcontrolsettings6.仿真运动方式物理实验铣削加工刀具固定并作旋转运动，工作台在作进给运动，同样地，在仿真的环境中，把刀具的平移运动固定，在旋转运动设置相应的参数。工件的旋转运动参数设置为0，平移运动设置的参数是进给速度的值。7.边界条件的设定该程序主要设置仿真环境中热交换及工具变形的问题。8.对象间的相互关系设定在该程序中主要设置的参数有摩擦系数、传热系数、以及刀具磨损模型，刀具磨损选择了Usui模型。并且根据其他文献，选择这些模型的常数值。最后产生工件与刀具之间的接触点。9.检查并生成DB档点击检查按钮，检查模拟控制设定的参数是否满足仿真运行的条件，如果出现数据库能产生，则满足要求，如果出现数据库不能产生，则需要根据提示的消息进行更改。以上的操作过程属于前处理，前处理阶段是DEFORM-3D最重要的阶段，在设置参数有很多细节必须要把控，这对输出的精度起着决定性作用，也是用户操作过程花费时间最多之处。10.模拟过程点击Simulator中的执行，左边位置出现绿色的“Running”，表示在正常仿真运行。
广西大学硕士学位论文基于DEFORM-3D有限元模拟铣削Ti6Al4V过程及铣削参数优化13在下图2-3有限元仿真图表的图标，点击进去可观察到整个仿真过程发生的变化，包括温度、切屑形态、应力变化等。图2-3正常DEFORM-3D仿真的运行图Figure2-3RunningchartofmormalDEFORM-3Dsimulation11.后处理点击后处理中DEFORM-2D/3D按钮，可出现如下图2-4后处理界面，该界面显示有：1.工件与刀具的显示窗口；2.选择仿真步数与播放过程；3.工件与刀具可选择窗口；4.工具的控制窗口5.输出变量选择等。图2-4后处理示意图Figure2-4Post-processingdiagram2.2.3铣削Ti6Al4V过程DEFORM-3D模拟的关键技术数控铣削过程是一个非常复杂的过程，所涉及的领域也很多，有摩擦学，还有各种力学知识，如热力学、断裂力学以及材料力学等。铣削工件的表面质量受温度，切削参
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC18钛合金铣削表面质量试验研究[J]. 王永鑫,张昌明. 机械强度. 2019(05)
[2]TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究[J]. 王晓明,韩江. 机械设计与制造. 2019(05)
[3]不同材料和刀尖圆弧半径刀具加工TC4钛合金的表面质量及刀具磨损行为[J]. 王丹,万军. 机械工程材料. 2019(04)
[4]面向能耗的数控铣削过程建模与参数优化[J]. 黄拯滔,杨杰,张超勇,周志恒,谢阳,林文文. 中国机械工程. 2016(18)
[5]典型切削机床能耗模型的研究现状及发展趋势[J]. 李涛,孔露露,张洪潮,ASIF Iqbal. 机械工程学报. 2014(07)
[6]基于BP神经网络数控机床切削能耗的研究[J]. 谢东,陈国荣,施金良,许弟建,王锋. 机床与液压. 2012(01)
[7]基于自适应混沌粒子群优化算法的多目标无功优化[J]. 李娟,杨琳,刘金龙,杨德龙,张晨. 电力系统保护与控制. 2011(09)
[8]面向加工表面粗糙度的钛合金高速铣削工艺参数区间敏感性及优选[J]. 田荣鑫,姚倡锋,黄新春,任军学,张定华. 航空学报. 2010(12)
[9]基于热力耦合模型的金属切削过程有限元分析[J]. 吴金炎,王庆明. 机械. 2009(02)
硕士论文
[1]振动作用下方肩铣刀切削钛合金加工表面形貌研究[D]. 于昕.哈尔滨理工大学 2019
[2]基于粒子群算法的多目标优化方法研究[D]. 毕莹.哈尔滨工程大学 2019
[3]难加工材料超低温加工冷却系统设计与切削试验研究[D]. 许清.南京航空航天大学 2018
[4]钛合金TC4的液氮低温切削研究[D]. 孟春.太原科技大学 2012
本文编号：3047718
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