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高速切削高温合金GH4169表面残余应力研究

发布时间:2017-08-13 12:42

  本文关键词:高速切削高温合金GH4169表面残余应力研究


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【摘要】:镍基高温合金GH4169作为一种最具代表性的高温合金材料,因其具有良好的抗疲劳、抗蠕变、抗氧化、耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天领域。然而镍基高温合金又是一种典型的难加工材料,切削过程中存在切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等问题。高速切削技术因具有诸多优点而成为解决镍基高温合金等难加工材料切削加工的主要途径之一。已加工表面的残余应力容易导致工件产生变形和表面裂纹的萌生,影响工件的表面加工质量,进而影响工件的机械性能和疲劳寿命。因此,本文以GH4169为研究对象,运用有限元方法和实验法对其高速切削加工表面残余应力的分布规律进行研究。首先,利用有限元软件ABAQUS模拟了高速切削GH4169的切削过程,对锯齿形切屑和已加工表面残余应力的形成过程进行了模拟仿真,运用单因素法研究了切削参数和刀具几何参数对已加工表面残余应力大小和分布的影响规律。其次,建立了三维铣削有限元模型,利用正交实验法选用三因素四水平正交表研究了高速铣削GH4169时,铣削速度、背吃刀量和每齿进给量对工件表面残余应力的影响规律,运用极差与方差分析法对其进行分析,得到各因素对残余应力影响的显著性。研究指出:在高速铣削镍基高温合金GH4169时选取较高的铣削速度,较小的背吃刀量和每齿进给量,有助于获得较好的表面残余应力状态。最后,对GH4169进行了高速铣削实验,用钻孔法测得工件表面的残余应力并与仿真结果进行对照,分析了仿真结果与实验结果产生误差的原因,从而验证有限元仿真模型的准确性。
【关键词】:高速切削 镍基高温合金 表面残余应力 有限元
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG506.1
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第1章 绪论10-16
  • 1.1 课题的研究背景及意义10-11
  • 1.2 高速切削加工技术11-12
  • 1.3 国内外研究现状及存在问题12-14
  • 1.3.1 高温合金高速切削技术研究现状12-14
  • 1.3.2 存在问题14
  • 1.4 本课题主要研究内容14-16
  • 第2章 高速切削有限元理论及建模16-30
  • 2.1 有限元法的基本思想、分析步骤及软件选择16-18
  • 2.1.1 基本思想16-17
  • 2.1.2 分析步骤17-18
  • 2.1.3 有限元软件选择18
  • 2.2 二维直角切削有限元仿真建模18-29
  • 2.2.1 几何模型的建立18-22
  • 2.2.2 网格划分22-23
  • 2.2.3 材料本构模型23-26
  • 2.2.4 接触摩擦模型26-27
  • 2.2.5 切屑分离准则27-28
  • 2.2.6 热传导模型28-29
  • 2.2.7 边界条件设定29
  • 2.3 本章小结29-30
  • 第3章 高速切削残余应力有限元模拟30-48
  • 3.1 残余应力概述30-33
  • 3.1.1 残余应力的定义及分类30-31
  • 3.1.2 残余应力的形成机理及原因31-33
  • 3.2 残余应力有限元仿真过程33-35
  • 3.3 二维直角切削有限元仿真分析35-42
  • 3.3.1 锯齿形切屑形成过程分析35-38
  • 3.3.2 加工表面残余应力获得与提取过程分析38-42
  • 3.4 加工参数对残余应力的影响规律分析42-47
  • 3.4.1 切削速度对残余应力的影响43-44
  • 3.4.2 背吃刀量对残余应力的影响44-45
  • 3.4.3 刀具前角对残余应力的影响45
  • 3.4.4 刀具后角对残余应力的影响45-46
  • 3.4.5 刀尖圆弧半径对残余应力的影响46-47
  • 3.5 本章小结47-48
  • 第4章 高速铣削有限元模拟仿真48-64
  • 4.1 高速铣削有限元仿真模型的建立48-50
  • 4.1.1 有限元几何模型的建立及网格划分48-49
  • 4.1.2 边界条件的设定49-50
  • 4.2 高速铣削有限元仿真过程分析50-55
  • 4.2.1 有限元高速铣削过程50-54
  • 4.2.2 工件表面残余应力提取54-55
  • 4.3 高速铣削GH4169表面残余应力的仿真研究55-63
  • 4.3.1 正交仿真方案55-56
  • 4.3.2 仿真结果记录56-57
  • 4.3.3 正交仿真极差分析57-59
  • 4.3.4 正交仿真方差分析59-63
  • 4.4 本章小结63-64
  • 第5章 高速铣削GH4169表面残余应力实验研究64-72
  • 5.1 实验条件64-65
  • 5.2 实验方案65-66
  • 5.3 加工表面残余应力的测量66-68
  • 5.3.1 残余应力测试方法的选择66-67
  • 5.3.2 钻孔法测量表面残余应力步骤67-68
  • 5.4 实验结果与仿真结果的比较与分析68-71
  • 5.5 本章小结71-72
  • 结论72-74
  • 参考文献74-78
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果78-79
  • 致谢79-80
  • 作者简介80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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3 张宝忠,范进桢;模具高速铣削加工及其关键技术系统[J];机械工程师;2004年04期

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2 张东进;切削加工热力耦合建模及其试验研究[D];上海交通大学;2008年

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本文编号:667371

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