基于Abaqus的钛合金Ti6Al4V切削仿真与工艺优化

发布时间：2021-06-08 07:45

　　以钛合金Ti6Al4V为研究对象,基于ABAQUS有限元分析软件,进行二维切削仿真分析。采用正交实验设计方法、极差分析和方差分析方法,研究刀具前角、切削深度、切削速度等工艺参数对切削力与切削温度的影响规律。仿真试验结果表明,在实验参数范围内切削力随切削深度的增大而增大,随切削速度的增大先减小后增大;切削变形区最高温度随切削深度、切削速度的增大而增大;较大的刀具前角有利于减小切削力和切削温度;刀具前角为10°,切削深度为0.3mm,切削速度为180m/min时切削力平均值最小;刀具前角为10°,切削深度为0.3mm,切削速度为60m/min时切削变形区最高温度最低。 

【文章来源】：制造业自动化. 2020,42(11)CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

工件、刀具装配图

图2所示为钛合金Ti6Al4V切削过程等效应力和切削温度典型分布云图。由等效应力云图看出，在第一变形区等效应力最大，第二、第三切削变形区等效应力相对较小。由切削温度分布云图可知，切屑形成过程中工件材料剧烈的塑性变形导致切削第一变形区温度最高。根据牛顿第三定律，切削力与刀具参考点的作用力等大反向，故由刀具参考点输出切削仿真切削运动方向切削分力Fc、垂直切削运动方向切削分力Fp、切削合力Fs，并求得切削分力与切削合力在波动稳定区域的平均值，切削温度T提取工件网格单元在切削过程中的最大值。试验结果如表5所示。

由极差分析表可知，切削深度是影响切削分力Fc和切削合力Fs的主要因素；刀具前角是影响切削分力Fp和切削温度T的主要因素。切削分力Fc、Fp，切削合力Fs和切削温度T与切削工艺参数的响应关系如图3～图6所示。刀具前角为10°，切削深度为0.3mm，切削速度为180m/min时，切削分力Fc最小；刀具前角为10°，切削深度为0.3mm，切削速度为240m/min时切削分力Fp最小；刀具前角为10°，切削深度为0.3mm，切削速度为180m/min时切削合力Fs，最小；刀具前角为10°，切削深度为0.3mm，切削速度为60m/min时切削温度T最低。对于Fc、Fp、Fs、T四个指标，刀具前角皆以10°为最佳水平，且数值皆随刀具前角减小而增大，切削深度皆以0.3mm为最佳水平，且数值皆随切削深度增大而增大；切削速度对于不同指标影响不同，对于指标Fc、Fs，数值随切削速度增大而先减小后增大，对于指标Fp，数值随切削速度增大而减小，对于指标T，数值随切削速度增大而增大。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]基于ABAQUS的30CrMnSiA合金钢切削仿真研究[J]. 李尧,胡敏,董松,何继宏,叶开昌.  工具技术. 2016(09)
[4]钛合金Ti6Al4V高速铣削分析与仿真[J]. 陆涛,向国齐,张敬东.  组合机床与自动化加工技术. 2015(05)
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博士论文
[1]基于长疲劳寿命的钛合金Ti6Al4V铣削加工表面完整性研究[D]. 杨东.山东大学 2017

硕士论文
[1]剐齿切削过程仿真模型及其应用研究[D]. 金永泉.天津大学 2016
[2]钛合金正交切削的温度场和切削力仿真与试验研究[D]. 刘胜.南京航空航天大学 2007



本文编号：3217984