镍基高温合金预应力切削过程及刀具磨损的有限元分析

发布时间：2017-05-27 16:10

  本文关键词：镍基高温合金预应力切削过程及刀具磨损的有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：镍基高温合金具有强度高、耐热、耐腐蚀等优异性能，日益成为航空航天领域的重要材料，其材料零件工作环境恶劣，工作中承受复杂的交变应力载荷及热载荷，针对它们易产生疲劳破坏等问题，，提出采用预应力切削加工方法。预应力切削加工方法能在切削过程中将残余应力控制在一定范围内，并且加工表面无额外的加工硬化现象，有利于提高零部件的承载能力，也是其他残余应力调整方法难以实现的。本文以镍基高温合金轴件作为研究对象，采用有限元数值模拟和实验研究相结合的方法，对镍基高温合金的预应力切削加工过程、表面残余应力及刀具磨损形貌进行了研究，主要工作如下： 1、总结了预应力切削、镍基高温合金切削加工和刀具磨损及切削过程中有限元模拟的国内外研究概况。 2、回顾了有限元数值模拟的相关理论，阐述了切削模拟中的关键技术，采用ABAQUS/Explicit和ADVANTEDGE软件分别建立了二维有限元切削模型，模拟了切削过程中工件的Mises应力、等效塑性应变和切削温度的分布特征，建立了ABAQUS中预应力切削镍基高温合金的材料模型。 3、基于Usui′s磨损率模型，采用Python语言对ABAQUS后处理部分进行二次开发，编写了切削过程中刀具磨损量的计算程序，模拟了镍基高温合金加工过程中刀具磨损的变化情况。 4、建立了预应力切削加工的三维有限元模型，模拟了镍基高温合金轴件预应力切削过程，对比分析了预应力对Mises应力、切屑形态、切削温度和等效塑性应变的影响；探讨了S11、S22和S33在不同预应力状态下的分布规律；研究了预应力、切削参数和刀具材料对切削力的影响。 5、在CA6140车床上对镍基高温合金进行了预应力切削实验，分析了刀具表面的磨损特征与形貌，得到了切削速度、背吃刀量、刀具材料和预应力大小对刀具后刀面磨损的影响规律，并与模拟结果进行了对比分析，验证了有限元模型的正确性。 6、总结了本文的主要研究内容与不足，并对下一步研究工作进行了展望。
【关键词】：预应力切削 镍基高温合金 有限元模拟 切屑 刀具磨损
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 镍基高温合金切削加工的研究现状10-11
• 1.1.1 镍基高温合金的切削加工性10
• 1.1.2 镍基高温合金切削加工的研究现状10-11
• 1.2 预应力切削加工的研究现状11-14
• 1.2.1 预应力切削加工工艺11-12
• 1.2.2 预应力切削的研究现状12-14
• 1.3 金属切削过程的有限元分析研究现状14-17
• 1.3.1 金属切削加工有限元分析研究现状14-15
• 1.3.2 刀具磨损有限元模拟研究现状15-17
• 1.4 课题来源以及本文的主要研究内容17-18
• 1.4.1 课题来源17
• 1.4.2 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 镍基高温合金切削加工的有限元模拟18-33
• 2.1 切削加工中商用有限元软件介绍18-20
• 2.1.1 ABAQUS 软件18-19
• 2.1.2 ADVANTEDGE 软件19-20
• 2.2 有限元数值模拟的基本理论20-22
• 2.2.1 有限元的基本理论20-22
• 2.3 切削模拟的关键技术22-25
• 2.3.1 材料的本构模型22-23
• 2.3.2 切屑分离断裂准则23
• 2.3.3 刀屑接触与摩擦23-24
• 2.3.4 热传导分析过程24-25
• 2.4 镍基高温合金切削过程仿真25-32
• 2.4.1 基于 ABAQUS 的二维有限元模型的建立25-26
• 2.4.2 基于 ADVANTEDGE 的有限元模型26-27
• 2.4.3 ABAQUS 切削仿真过程27-30
• 2.4.4 仿真结果对比30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 预应力切削镍基高温合金有限元模拟33-54
• 3.1 镍基高温合金预应力切削过程的三维有限分析33-40
• 3.1.1 三维金属切削力学33-34
• 3.1.2 预应力切削的三维有限元模型34-35
• 3.1.3 切削模拟结果分析35-40
• 3.2 镍基高温合金切削加工刀具磨损分析40-51
• 3.2.1 刀具磨损预测40-41
• 3.2.2 刀具磨损计算过程41-42
• 3.2.3 ABAQUS 二次开发42
• 3.2.4 刀具表面温度42-44
• 3.2.5 相对滑动速度44-45
• 3.2.6 刀具表面节点应力45-46
• 3.2.7 刀具磨损率的计算46-47
• 3.2.8 刀具前、后刀面节点位移的计算47-50
• 3.2.9 刀具几何形状的更新50
• 3.2.10 刀具磨损几何形貌50-51
• 3.3 镍基高温合金预应力切削刀具磨损的三维有限元分析51-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第4章 预应力切削镍基高温合金实验研究54-67
• 4.1 实验方案与实验材料及设备54-56
• 4.1.1 实验方案54
• 4.1.2 实验材料及设备54-56
• 4.2 正交实验结果分析56-61
• 4.2.1 切削力分析56-57
• 4.2.2 切屑形态的研究57-59
• 4.2.3 残余应力的研究59-61
• 4.3 预应力切削镍基高温合金时刀具磨损形貌61-64
• 4.3.1 硬质合金刀具切削镍基高温合金61
• 4.3.2 CBN 刀具切削镍基高温合金61-62
• 4.3.3 Sialon 陶瓷刀具切削镍基高温合金62-64
• 4.4 刀具后刀面磨损分析64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 总结与展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 攻读学位期间所取得的成果及参与的项目74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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9 宋庭科;李Z

本文编号：400490