高速切削高温合金有限元模拟及试验研究

发布时间：2017-04-30 19:06

  本文关键词：高速切削高温合金有限元模拟及试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速切削加工属于先进制造技术,由于其具有一系列的优点,因而在工业领域中获得了广泛的应用。高速切削加工金属材料时常常会产生锯齿形切屑,锯齿形切屑的形成几乎影响到切削加工过程的各个方面,如切削力、切削温度、刀具磨损及加工表面质量等。因此,研究高速切削加工过程中锯齿形切屑的形成与切削加工参数之间的关系就显得非常必要。切屑的形成及切削力属于切削加工机理方面重点研究的内容,本文通过有限元模拟和试验相结合的方法对高速切削高温合金加工过程中切屑形成及切削力进行了研究,有利于人们加深对高速切削加工机理的认识。 本文利用大型通用商业有限元软件ABAQUS采用不用分离线的建模方法建立简化的二维正交切削有限元模型,选用基于温度的各向同性硬化材料本构关系模型,采用剪切损伤这一物理分离准则以实现切屑与工件的分离,模拟了高速切削高温合金GH4169时切屑形成过程及切削力,并通过改变不同的刀具前角、切削速度及切削厚度研究其对切屑形态及切削力的影响,并通过试验进行验证。通过模拟结果和试验结果的对比分析,发现锯齿形切屑的锯齿化程度随着刀具前角的减小、切削速度的增大及切削厚度的增大而增大,切削力随着刀具前角的增大、切削速度的增大及切削厚度的减小而减小,两者达到了很好的一致,验证了有限元模型的正确性。 通过改变不同的摩擦系数研究了其对切削力及与刀具相接触的切屑底部所受到的正应力的影响,模拟结果表明,随着摩擦系数的增大,切削力及与刀具相接触的切屑底部所受到的正应力增大。研究了不同的刀具前角对切屑与刀具接触长度的影响,研究表明刀具前角越小,刀具与切屑之间的接触长度就越大。对切削加工过程中的Mises应力进行了分析。研究了不同的刀具前角对锯齿形切屑绝热剪切带内的等效塑性应变及应变率的影响,研究表明刀具前角越小,锯齿形切屑绝热剪切带内的等效塑性应变及应变率就越大。
【关键词】：高速切削加工 有限元模拟 高温合金 锯齿形切屑 切削力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG506.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 课题的背景及意义10-11
• 1.2 高速切削加工概述11-15
• 1.2.1 高速切削加工的定义11-12
• 1.2.2 高速切削加工的优势12-13
• 1.2.3 难加工材料的高速切削加工13-14
• 1.2.4 高速切削加工机理研究14-15
• 1.3 高速切削切屑形成及切削力分析15-18
• 1.4 高速切削切屑形成过程及切削力国内外研究现状及存在的问题18-21
• 1.4.1 国内外研究现状18-20
• 1.4.2 存在的问题20-21
• 1.5 本文的主要工作21
• 1.6 本章小结21-22
• 2 有限元法在高速切削加工中的应用22-30
• 2.1 有限元法的基本原理及软件介绍22-23
• 2.1.1 有限元法的基本原理22-23
• 2.1.2 非线性有限元软件ABAQUS简介23
• 2.2 有限元分析的步骤23-25
• 2.3 维正交切削几何模型25-26
• 2.4 高速切削有限元模拟关键技术26-29
• 2.4.1 材料本构模型26
• 2.4.2 摩擦模型26-27
• 2.4.3 切屑分离准则27-28
• 2.4.4 有限元网格划分28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 高速切削高温合金切屑形成过程及切削力有限元模拟30-43
• 3.1 有限元模型的建立30-32
• 3.2 有限元网格划分32
• 3.3 材料本构关系模型32-35
• 3.4 摩擦模型35
• 3.5 切屑分离准则35-36
• 3.6 边界条件的固定36-37
• 3.7 高温合金高速切削过程有限元模拟37-41
• 3.7.1 切屑形成过程有限元模拟结果37-40
• 3.7.2 切削力有限元模拟结果40-41
• 3.8 本章小结41-43
• 4 高速切削加工试验研究43-55
• 4.1 试验材料及设备43-46
• 4.2 试验原理46-47
• 4.3 试验过程47-49
• 4.4 试验结果及分析49-53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 有限元模拟结果与试验结果分析与研究55-91
• 5.1 切屑形态55-62
• 5.1.1 不同刀具前角下的切屑形态55-57
• 5.1.2 不同切削速度下的切屑形态57-60
• 5.1.3 不同切削厚度下的切屑形态60-62
• 5.2 切削力62-69
• 5.2.1 不同刀具前角下的切削力62-65
• 5.2.2 不同切削速度下的切削力65-67
• 5.2.3 不同切削厚度下的切削力67-69
• 5.3 摩擦系数对切削过程的影响69-73
• 5.3.1 不同摩擦系数对切削力的影响69-71
• 5.3.2 不同摩擦系数对正应力的影响71-73
• 5.4 不同刀具前角对刀具与切屑接触长度的影响73-74
• 5.5 切削加工过程中Mises等效应力分析74-75
• 5.6 切削加工过程中应变及应变率分析75-89
• 5.6.1 切削加工过程中等效塑性应变分析75-84
• 5.6.2 切削加工过程中应变率分析84-89
• 5.7 本章小结89-91
• 结论91-92
• 参考文献92-95
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况95-96
• 致谢96-97

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王肇喜;高速切削刀—屑接触界面摩擦建模研究[D];大连理工大学;2013年

2 王瑞哲;硬态干式切削过程的有限元仿真[D];兰州理工大学;2013年

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本文编号：337413