高速切削Ti6Al4V切屑形成仿真研究

发布时间：2017-04-23 18:10

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【摘要】： 钛合金的高速切削加工一直是航空航天工业以及其它行业制造技术中亟待解决的难题之一。本文以钛合金Ti6Al4V的高速切削过程为主要研究对象,应用数值模拟方法,结合理论分析和加工试验,重点研究了高速切削Ti6Al4V时的锯齿状切屑形成机理。主要研究工作包括: 1、应用Hopkinson压杆实验装置,研究Ti6Al4V高应变速率和高温条件下的应力—应变关系,并结合Ti6Al4V准静态数据,建立适合高速切削仿真的Ti6Al4V本构模型——Johnson-Cook热—粘塑性本构模型,该模型可在较高温度和应变速率范围内精确地预测Ti6Al4V的流动应力。 2、通过大型商用有限元软件ABAQUS,以Johnson-Cook模型为材料本构模型,并使用切屑分离准则,建立高速正交切削有限元模型,并通过有限元仿真运算,揭示Ti6Al4V锯齿状切屑的形成机理。研究切削参数、刀具前角对锯齿状切屑的形成以及对切削力、切削温度、等效塑性应变的影响,并与相关文献中的结论进行对比分析。 3、最后通过高速正交车削Ti6Al4V试验,测量分析高切削速度下的切削力与切削温度,验证仿真结果的准确性。
【关键词】：高速切削 Ti6Al4V 切屑形成 有限元分析 Johnson-Cook本构
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TG506.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景与意义13
• 1.2 钛合金高速切削技术研究13-17
• 1.2.1 钛合金性质及加工特点13-15
• 1.2.2 钛合金高速切削研究进展15-17
• 1.3 有限元仿真在切削中的应用17-18
• 1.4 主要研究内容及本文技术路线18-20
• 1.4.1 主要内容18-19
• 1.4.2 技术路线19-20
• 第二章 高速切削钛合金切屑形成机理分析20-31
• 2.1 钛合金的锯齿状切屑特征20-21
• 2.2 锯齿状切屑产生临界条件21-24
• 2.3 锯齿状切屑形成机理24-26
• 2.4 锯齿状切屑形成有限元模拟26-30
• 本章小结30-31
• 第三章 Ti6Al4V 钛合金的热-粘塑性本构关系31-46
• 3.1 Ti6Al4V 准静态下力学性能31-33
• 3.1.1 单向拉伸、压缩试验设备及试样31-32
• 3.1.2 试验结果分析32-33
• 3.2 Ti6Al4V 动态力学性能33-41
• 3.2.1 试验装置系统34-37
• 3.2.2 试验测试原理与基本方程37-38
• 3.2.3 动态压缩试验结果分析38-41
• 3.3 Johnson-Cook 本构方程参数拟合41-45
• 3.3.1 确定应变强化系数42-43
• 3.3.2 确定应变速率强化系数43-44
• 3.3.3 确定热软化系数44
• 3.3.4 参数验证44-45
• 本章小结45-46
• 第四章 钛合金高速切削有限元模拟46-66
• 4.1 概述46-48
• 4.1.1 ABAQUS 介绍46-47
• 4.1.2 模拟锯齿状切屑形成的显式算法47-48
• 4.1.3 稳定性限制48
• 4.2 高速正交切削Ti6Al4V 有限元模型48-52
• 4.2.1 几何模型49
• 4.2.2 材料模型49-51
• 4.2.3 切屑-前刀面的摩擦模型51
• 4.2.4 切屑分离准则51-52
• 4.2.5 切削热的产生52
• 4.3 仿真结果及分析52-65
• 4.3.1 高速切削Ti6Al4V 有限元仿真结果52-56
• 4.3.2 Ti6Al4V 锯齿状切屑的发展过程分析56-59
• 4.3.3 切削参数对锯齿状切屑形成的影响59-62
• 4.3.4 刀具前角对锯齿状切屑形成的影响62-65
• 本章小结65-66
• 第五章 高速切削有限元仿真的试验验证66-74
• 5.1 高速正交车削试验方案66-68
• 5.1.1 工件材料66
• 5.1.2 机床及刀具66-67
• 5.1.3 切削参数的设置67
• 5.1.4 测力系统67-68
• 5.1.5 测温系统68
• 5.2 切削参数对锯齿状切屑的影响68-70
• 5.2.1 切削速度锯齿状切屑的影响68-69
• 5.2.2 切削厚度对锯齿状切屑的影响69-70
• 5.3 切削力试验与验证70-71
• 5.4 切削温度试验与验证71-72
• 5.5 切屑形态验证72
• 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文80

【引证文献】

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1 李召群;吴旭;朱振华;胡居利;张虎;;基于ABAQUS的切削钛合金的数值模拟分析[J];工具技术;2012年01期

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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中国硕士学位论文全文数据库 前10条

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2 罗汉兵;钛合金高速铣削刀具失效及加工表面质量实验研究[D];山东大学;2011年

3 林尧;损伤容限型钛合金加工性能研究[D];南京航空航天大学;2010年

4 车现发;高强度铝合金航空薄壁件铣削加工变形控制的工艺研究[D];南京航空航天大学;2011年

5 李冷;高温合金切削仿真技术研究[D];东北大学;2009年

6 孔虎星;钛合金高速正交切削过程的数值模拟及热力学研究[D];中北大学;2012年

7 张晨;基于J-C模型的Oxley剪切角模型的改进及其应用[D];华中科技大学;2009年

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本文编号：322814