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高速切削Ti-6Al-4V切削力仿真研究

作　者: 赵新鹏
导　师: 任成祖
学　校: 天津大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 高速切削钛合金正交切削有限元切削力
分类号: TG501.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 398次
引　用: 3次
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内容摘要

高速切削加工技术是先进制造技术的重要方向之一,随着钛合金在各个行业的广泛应用,钛合金的高速铣削加工技术成为航空航天工业及其它制造技术中的难题之一。在钛合金高速切削过程中,切削力是计算切削扭矩和切削功率的重要依据,是分析加工过程中的切削热、刀具磨损和使用寿命、工件加工精度以及已加工表面的质量等的基础。本文以钛合金Ti-6Al-4V为主要研究对象,运用大型商业有限元分析软件ABAQUS,对高速切削钛合金Ti-6Al-4V的切削力进行了详细的分析。首先根据高速切削的特点,分析切削层变形机理、切屑受力情况、刀具-切屑摩擦特点、合理的本构模型、断裂准则等关键的仿真条件;其次基于正交切削理论,将钛合金高速三维切削模型转变为平面二维正交模型进行仿真研究,建立几何模型和材料模型,通过两种ALE方法与实验结果的比较,选择纯Lagrange边界ALE模型对Ti-6Al-4V切削进行模拟;接下来分析了钛合金Ti-6Al-4V在高速工况下切削力随单一切削参数的改变而变化的规律,单一切削参数包括切削速度、进给量、刀尖圆角半径、摩擦模型;最后设计三因素四水平的正交仿真试验得到Ti-6Al-4V在高速加工条件下正交切削切削力的经验公式,可以为钛合金Ti-6Al-4V高速切削加工正交切削切削力提供可靠的预报,对高效、低耗的切削钛合金具有重要意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-24
  1.1 课题研究的背景和意义  7-8
  1.2 钛合金的特性及应用  8-12
    1.2.1 钛合金材料的特性  8-9
    1.2.2 钛合金在各行业中的应用  9-10
    1.2.3 钛合金的加工特点  10-12
  1.3 钛合金的高速切削技术的研究现状  12-21
    1.3.1 高速切削技术的研究现状  12-13
    1.3.2 钛合金高速切削技术的研究现状  13-21
  1.4 问题的提出及本文研究主要内容  21-24
    1.4.1 问题的提出  21-22
    1.4.2 本文研究主要内容  22-24
第二章钛合金高速切削有限元模型的建立  24-38
  2.1 金属切削的基础理论  24-26
  2.2 铣削模型的简化  26-28
    2.2.1 铣削加工切削层的简化  26-28
    2.2.2 铣削加工的二维应变模型  28
  2.3 钛合金高速切削有限元模型的建立  28-37
    2.3.1 几何模型的建立  28-30
    2.3.2 材料模型的建立  30-31
    2.3.3 纯Lagrange 边界ALE 模型  31-33
    2.3.4 Euler 与 Lagrange 边界 ALE 模型  33-34
    2.3.5 两种ALE 方法的有限元分析的比较与选择  34-36
    2.3.6 断裂准则的选择  36-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章有限元仿真结果分析  38-49
  3.1 切削速度对切削力的影响  38-39
  3.2 进给量对切削力的影响  39-40
  3.3 刀尖钝圆半径对其影响  40-42
  3.4 摩擦模型对切削力的影响  42-43
    3.4.1 采用基于正应力的摩擦模型的仿真结果  42-43
    3.4.2 采用平均摩擦系数模型的仿真结果  43
  3.5 钛合金 Ti-6Al-4V 高速切削切削力的经验公式  43-47
  3.6 本章小结  47-49
第四章总结与展望  49-51
  4.1 总结  49
  4.2 展望  49-51
参考文献  51-54
致谢  54

高速切削Ti-6Al-4V切削力仿真研究

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