钛合金精密切削过程的数值模拟研究

发布时间：2017-08-15 19:23

  本文关键词：钛合金精密切削过程的数值模拟研究

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【摘要】：随着科学技术的不断进步,精密加工技术,特别是针对难加工材料的切削加工技术得到飞速的发展,大大提高了制造业的水平。由于钛合金是最为典型的难加工材料,并被广泛应用在航空航天、生物医学、船舶及体育等众多行业,以钛合金材料的精密切削加工为研究对象,对于难加工材料的精密切削加工研究具有重要意义。钛合金精密切削是一个复杂的过程,包含了热、力、机械及其耦合的现象,是一个高度非线性的问题。本文运用商用分析软件ABAQUS,建立了钛合金精密切削的数值模拟有限元仿真模型,对钛合金精密切削进行了仿真模拟研究。首先,分析钛合金精密切削机理,介绍了金属切削中所涉及的关键技术,并对精密切削加工过程进行了正交切削模拟,研究了精密切削过程中切屑的形成过程,以及切削速度、切削厚度、刀具前角及刀尖圆弧半径对精密切削过程的影响,并对各项影响因素进行了对比讨论。其次,在二维正交切削的基础上建立三维斜角切削的有限元模型,对切削过程的卷曲切屑形成和切削温度改变进行分析,同时对斜角切削加工中切削参数的选取对已加工表面产生的残余应力和切削过程的切削力变化的影响进行了模拟研究,为钛合金切削加工的工艺参数优化和各项参数的合理选择奠定了基础。最后,通过切削实验,将有限元软件仿真得到切屑形态、切削力的变化与实验得到的结果进行了对比分析,验证了有限元仿真模型的正确性。
【关键词】：钛合金 精密切削 数值模拟 二维直角切削 三维斜角切削
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG501
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 钛合金的力学性能及切削加工特点10-11
• 1.2.1 钛合金的分类及物理特性10-11
• 1.2.2 钛合金的切削加工特点11
• 1.3 课题的国内外研究现状和未来发展趋势11-14
• 1.3.1 金属切削数值模拟的国内外研究现状11-13
• 1.3.2 金属切削数值模拟的未来发展趋势13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 第二章 钛合金精密切削机理研究16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 切屑形成及变形特点16-18
• 2.2.1 切屑的形成16-17
• 2.2.2 切削变形区的划分17-18
• 2.3 切削过程形成锯齿形切屑的机理分析18-20
• 2.3.1 绝热剪切理论18-19
• 2.3.2 周期脆性断裂理论19-20
• 2.4 精密切削过程力-热耦合切削模型20-25
• 2.4.1 剪切平面模型的建立20-23
• 2.4.2 绝热剪切的应变和应变率23-24
• 2.4.3 热塑性失稳发生的临界条件24-25
• 2.5 切削加工模拟的关键技术25-29
• 2.5.1 切削过程的塑性本构关系25-26
• 2.5.2 切屑与工件的分离、断裂26
• 2.5.3 切屑与刀具的接触与摩擦26-27
• 2.5.4 切削热的耗散与热传导27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 钛合金正交切削的数值模拟30-52
• 3.1 引言30
• 3.2 二维正交切削有限元模型的建立30-36
• 3.2.1 几何模型及网格划分30-31
• 3.2.2 刀具与工件的材料模型31-33
• 3.2.3 切屑的分离准则33-34
• 3.2.4 切屑与刀具的临界摩擦条件34-36
• 3.3 正交切削的数值模拟结果及分析36-40
• 3.3.1 正交切削的数值模拟结果36-39
• 3.3.2 绝热剪切带形成过程分析39-40
• 3.4 切削参数对切屑形成过程的影响40-46
• 3.4.1.切削速度对切屑形成过程的影响40-43
• 3.4.2 切削厚度对切屑形成过程的影响43-46
• 3.5 刀具参数对切屑形成过程的影响46-50
• 3.5.1 刀具前角对切屑形成过程的影响46-48
• 3.5.2 刀尖圆弧半径对切屑形成过程的影响48-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第四章 钛合金斜角切削的数值模拟52-64
• 4.1 引言52-53
• 4.2 三维斜角切削有限元模型的建立53-55
• 4.2.1 切削加工层的等效简化53-54
• 4.2.2 几何模型及网格划分54-55
• 4.3 斜角切削的数值模拟结果及分析55-57
• 4.3.1 斜角切削过程切屑的形成55-56
• 4.3.2 斜角切削过程的温度分布56
• 4.3.3 斜角切削过程中切削力的变化56-57
• 4.4 切削参数对已加工表面残余应力的影响57-60
• 4.4.1 切削速度对已加工表面残余应力的影响57-59
• 4.4.2 切削厚度对已加工表面残余应力的影响59-60
• 4.5 切削参数对斜角切削的切削力的影响60-63
• 4.5.1 切削速度对斜角切削的切削力的影响60-61
• 4.5.2 切削厚度对斜角切削的切削力的影响61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 钛合金精密切削的实验研究64-71
• 5.1 引言64
• 5.2 钛合金精密切削的实验方案64-66
• 5.2.1 工件材料64-65
• 5.2.2 切削刀具65
• 5.2.3 切削机床65
• 5.2.4 切削参数的设置65-66
• 5.2.5 测力系统66
• 5.3 切削参数对锯齿形切屑形成的影响66-67
• 5.3.1 切削速度对锯齿形切屑形成的影响66-67
• 5.3.2 切削厚度对锯齿形切屑形成的影响67
• 5.4 切削过程中切削力的实验与验证67-69
• 5.5 切削过程中切屑形态的对比验证69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录78-79

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本文编号：679883