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高温合金切削仿真技术研究

作　者: 李冷
导　师: 孔祥伟
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 正交切削强化冷却高温合金数值计算
分类号: TG506
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 144次
引　用: 2次
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内容摘要

金属切削是一个非线性的热力耦合过程。金属切削过程中,切削热量主要来源于切削变形区的弹塑性变形、刀具与切屑和工件间的摩擦。切削热的产生导致切削温度的升高,从而加剧了刀具的磨损。切削力是切削过程最重要的物理量之一,其变化将直接影响加工精度、表面加工质量和刀具磨损等,因而对金属切削过程中切削温度和切削力进行研究具有十分重要的意义。本文针对中国一航沈阳黎明航空发动机集团研制的某型号航空发动机动力涡轮盘榫槽的拉削过程,基于平面应变状态的假设,建立二维切削有限元模型,将冷却模拟技术引入拉削仿真中,通过设定切屑分离准则,实现切屑分离,利用有限元方法对其进行计算分析,重点研究了切削高温合金GH4169时的切屑形成机理、切削加工时工件、切屑和刀具上的温度分布和切削力变化曲线。对前人提出的研究模型,进行比较和综合,给出了求解切削温度场和切削力的有限元模型,利用通用有限元软件—ABAQUS/Explicit进行建模分析、输入材料模型、修改摩擦接触类型、定义切屑分离准则、设定传热模型参数及冷却参数等,经过计算得出高温合金切削过程中切削温度、切削力的一般规律,形象的仿真出高温合金带状切屑和锯齿切屑的形状,揭示出切削过程中切削力和切削参数之间的一般规律性,结合文献结果与仿真结果进行对比,验证了锯齿切屑有限元仿真的可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9
  1.2 高温合金切削技术研究  9-11
    1.2.1 高温合金性质  9-10
    1.2.2 拉削成型简介  10-11
  1.3 切削温度和切削力的研究  11-12
  1.4 金属切削过程有限元分析的研究现状  12-14
  1.5 本文所做的主要工作  14-15
第2章金属切削理论及有限元分析方法  15-29
  2.1 金属切削基本理论简介  15-16
  2.2 切削过程中的温度场理论  16-21
    2.2.1 切削过程热量的产生、对流换热及热量传出  17-18
    2.2.2 切削温度的理论分析  18-19
    2.2.3 切削过程的热传导理论  19-21
  2.3 切削过程的切削力理论  21-22
  2.4 有限元法基本思想及分析过程  22-23
  2.5 基于有限元法的平面位移计算  23-25
  2.6 基于有限元法的温度场计算  25-28
    2.6.1 温度场有限元法计算单元  25-27
    2.6.2 平面非稳定温度场的泛函分析  27-28
  2.7 本章小结  28-29
第3章高温合金拉削过程有限元仿真  29-51
  3.1 有限元软件ABAQUS介绍  29-31
    3.1.1 有限元软件ABAQUS  29-30
    3.1.2 ABAQUS的分析步骤  30-31
  3.2 正交拉削几何模型的建立  31
  3.3 材料模型  31-34
    3.3.1 高温合金GH4169的材料参数  31-33
    3.3.2 高速钢刀具W9的材料参数  33-34
  3.4 传热模型的建立  34
  3.5 摩擦模型的建立  34-36
  3.6 切削仿真建模的其它关键技术  36-38
    3.6.1 温度边界条件  36
    3.6.2 切屑分离准则  36-37
    3.6.3 强化冷却理论  37-38
  3.7 高温合金GH4169拉削模拟计算  38
  3.8 仿真模拟结果展示  38-43
    3.8.1 拉削力分析  39-40
    3.8.2 应力分布  40-41
    3.8.3 应变分析  41
    3.8.4 温度场分析  41-43
  3.9 切削参数对切削力的影响  43-49
    3.9.1 刀具前角对切削力的影响  43-45
    3.9.2 切削速度对切削力的影响  45-47
    3.9.3 切削厚度对切削力的影响  47-49
  3.10 本章小结  49-51
第4章高速切削高温合金锯齿切屑成型机理研究与仿真  51-67
  4.1 锯齿状切屑特征  52-53
  4.2 锯齿切屑成型机理研究背景概述  53
    4.2.1 锯齿切屑成形的研究历程  53
    4.2.2 锯齿切屑成形仿真的研究目标和意义  53
  4.3 锯齿状切屑形成机理  53-55
  4.4 锯齿状切屑形成有限元模拟  55-57
  4.5 锯齿状切屑产生的临界条件  57-59
  4.6 高温合金GH4169锯齿切屑成形仿真  59-65
    4.6.1 仿真模拟计算  60
    4.6.2 锯齿切屑仿真模拟结果与分析  60-61
    4.6.3 刀具前角对锯齿状切屑形成的影响  61-62
    4.6.4 应力分布  62-63
    4.6.5 温度分布  63-64
    4.6.6 切削力分析  64
    4.6.7 切屑形态验证  64-65
  4.7 本章小结  65-67
第5章总结与展望  67-69
  5.1 本文的主要成果  67
  5.2 展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73

高温合金切削仿真技术研究

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