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钛合金高速切削数值模拟研究

作　者: 郭磊
导　师: 吴红兵
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 高速切削 切削机理 二维直角切削模型 三维铣削模型
分类号: TG506.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着数控技术，高速电主轴技术以及机床技术的飞速发展，高速切削（High SpeedCutting，HSC）技术已经在航空航天领域、汽车和模具制造行业得到了广泛的应用，并持续受到工业界和学术界的重视，高速切削技术不单单是机械加工领域的一项前沿技术，更是工业界的一项实用技术。钛合金作为一种轻型优质的结构材料，近年来被广泛的应用在航空航天以及高温高压领域。但是由于钛合金的物理性质的影响，钛合金的成形方式主要以磨削为主。随着高速切削技术的发展，高速加工技术也应用到钛合金的成形领域。但是由于钛合金属于难加工材料，切削或者铣削钛合金的切削参数不容易确定，不能达到最优的切削效率。利用试验的方法获得最优的切削参数会耗费大量的切削资金，并且费时费力。随着数值模拟理论、高速切削理论以及有限元软件发展，可以利用计算机技术并且辅助少量的切削试验来获得最优的切削参数。本文所做的主要工作包括以下几点：首先对高速切削以及切削机理进行的简单的概述，然后根据直角切削理论对切削模拟过程中的一些关键点进行了介绍；最终建立了二维直角切削数值模拟模型。并且根据切削试验得到的切屑形态以及切削力，在一定范围内证明了所建立模型的正确性。通过数值模拟结果，可以分析一些切削参数对切削过程的影响。针对二维直角切削模拟单纯研究切削机理的不足，通过对斜角切削理论的研究，建立了三维铣削钛合金薄壁件的高速铣削模型。通过铣削钛合金试验得到的切屑形态以及切削力的对比，证明了所建立的有限元模型的正确性。通过数值模拟的结果，研究了在铣削薄壁件的过程中振动的发生以及铣削力的波动。

全文目录


中文摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 课题研究的目的  10
  1.2 课题研究的意义  10-12
  1.3 课题研究的国内外现状  12-14
  1.4 本文开展的工作概况  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 高速切削技术概述  16-22
  2.1 高速切削技术的发展  16-19
  2.2 高速切削关键技术研究  19-21
    2.2.1 高速切削切屑形态  19
    2.2.2 弹塑性理论  19
    2.2.3 切削稳定性  19-20
    2.2.4 加工表面质量  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 高速切削钛合金机理  22-36
  3.1 高速加工切削区域以及变形规律  22-24
  3.2 高速切削力-热耦合数学模型  24-34
    3.2.1 直角切削力学  24-26
    3.2.2 绝热剪切变形的剪应变与剪应变率  26-30
    3.2.3 切削关系中热量的产生以及散失  30-34
  3.3 本章小结  34-36
第四章 钛合金切削机理数值模拟研究  36-54
  4.1 切削数值分析方法的基本思想以及流程  36
  4.2 有限元模型的建立  36-39
    4.2.1 几何模型的建立以及网格的划分  37
    4.2.2 材料模型的建立  37-39
  4.3 仿真切削中关键问题的处理  39-42
    4.3.1 刀具和工件以及切屑接触关系的确定  39-41
    4.3.2 切屑分离准则的确定  41-42
  4.4 数值模拟结果分析  42-51
    4.4.1 锯齿状切屑的形成以及切屑形态分析  42-45
    4.4.2 不同的刀具几何角度对锯齿状切屑形态的影响  45-47
    4.4.3 不同切削参数下切屑的形态  47-48
    4.4.4 切削力分析  48-50
    4.4.5 切削过程中应力应变场以及温度场分析  50-51
  4.5 高速正交切削试验与分析  51-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章 钛合金薄壁件三维铣削数值模拟研究  54-64
  5.1 高速铣削钛合金薄壁件工艺特点分析  54-55
  5.2 高速铣削钛合金薄壁件模型的建立  55-57
    5.2.1 斜角切削理论以及高速铣削力特征  55-56
    5.2.2 有限元模型的建立  56-57
  5.3 薄壁件的数值模拟结果分析  57-60
    5.3.1 铣削过程中切屑的形成以及已加工表面形貌  57-58
    5.3.2 切削力以及刀具的挤压对薄壁件变形的影响  58-59
    5.3.3 薄壁件的振动分析  59-60
  5.4 数值模拟结果与试验对比  60-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章 结论和展望  64-66
  6.1 结论  64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间所发表的论文  71-72

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 一般性问题 > 金属切削加工工艺 > 高速切削
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