置氢钛合金TC4高速切削刀具磨损有限元仿真分析

论文摘要

延长钛合金切削加工中刀具使用寿命一直是航空航天工业以及其它行业制造技术中急待解决的难题之一。已有研究表明,通过热氢处理可以改善钛合金切削加工性能,延长刀具使用寿命。因此,研究不同置氢量下钛合金TC4的切削加工中刀具磨损情况具有重要的理论意义与应用价值。本文具体研究工作为:开展钛合金TC4车削加工刀具磨损实验,分析刀具的主要磨损机理,并建立相应的刀具磨损率模型;对材料模型、定义摩擦接触类型、制定切屑分离准则等进行了分析讨论,结合有限元软件ABAQUS,建立了预测刀具磨损的数值模型;并通过二次开发软件Python提取切削过程中刀具各变量,计算得到刀具的磨损量。本文重点研究分析置氢钛合金TC4切削过程中的刀具表面温度、压应力、刀具磨损率和刀具磨损量随置氢量的变化趋势。试验与仿真结果表明:当钛合金中置入氢含量为0.3%(质量比)时,材料具有较好的切削加工性,相同切削条件下,刀具磨损量最小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钛合金切削加工性及热氢处理工艺
• 1.1.1 钛合金的切削加工性
• 1.1.2 钛合金热氢处理工艺
• 1.1.3 置氢对钛合金切削加工性的影响
• 1.2 金属切削过程有限元分析
• 1.2.1 仿真方法概述
• 1.2.2 金属切削加工有限元分析的研究现状
• 1.2.3 刀具磨损有限元仿真研究现状
• 1.3 本课题拟开展的工作
• 第二章 钛合金切削刀具磨损率数学模型的建立
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 工件材料
• 2.1.2 机床与刀具
• 2.1.3 测力与测温系统
• 2.1.4 三维视频显微镜
• 2.1.5 切削参数设置
• 2.2 刀具磨损试验分析
• 2.2.1 磨料磨损
• 2.2.2 粘结磨损
• 2.2.3 扩散磨损
• 2.2.4 磨损分析总结
• 2.3 常用刀具磨损公式
• 2.4 刀具磨损率方程计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 刀具磨损有限元模型的建立
• 3.1 有限元分析原理与仿真软件介绍
• 3.1.1 非线性有限元分类
• 3.1.2 ABAQUS 软件介绍
• 3.2 钛合金切削过程仿真
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 材料模型的建立
• 3.2.3 磨擦模型与切屑分离准则
• 3.2.4 切削模拟参数
• 3.3 刀具磨损量计算方法
• 3.3.1 刀具表面温度
• 3.3.2 刀具表面节点应力
• 3.3.3 相对滑移速度
• 3.3.4 计算刀具磨损与刀具几何形状更新
• 3.4 本章小结
• 第四章 置氢钛合金高速切削刀具磨损分析
• 4.1 刀具表面温度分析
• 4.2 前刀面压应力分析
• 4.3 刀具磨损分析
• 4.4 仿真与试验结果对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文