置氢钛合金TC4切削加工仿真研究

论文摘要

钛合金切削加工性能的改善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,钛合金中渗入适当的氢可以改善钛合金切削加工性能。因此,研究不同置氢量下钛合金TC4的切削加工性能具有非常重要的理论意义与应用价值。论文以置氢钛合金TC4的切削加工为主要研究对象,应用数值模拟的方法,结合理论分析与加工试验,重点研究分析置氢钛合金TC4切削过程中的切削力、切削温度和切屑形状随置氢量的变化趋势。本文具体研究工作为:利用通用有限元软件ABAQUS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、局部细分网格等;经过计算得出置氢钛合金切削过程中切削力、切削温度随置氢量的变化规律,形象地表示出不同置氢量下钛合金TC4的切屑形状;通过正交车削试验,揭示出正交切削过程中切削力、切削温度和置氢量之间的规律,其结果与仿真结果进行了对比,验证了有限元仿真的准确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 置氢钛合金及其切削加工的研究现状
• 1.2.1 置氢钛合金的研究现状
• 1.2.2 置氢钛合金切削加工的研究现状
• 1.3 金属切削过程有限元分析的研究现状
• 1.4 本课题拟开展的工作
• 1.4.1 本课题拟开展的工作
• 1.4.2 技术路线
• 第二章 切削过程有限元仿真分析方法
• 2.1 平面问题的有限元法
• 2.1.1 单元位移模式
• 2.1.2 几何方程
• 2.1.3 单元应变与节点位移
• 2.1.4 物理方程
• 2.1.5 单元应力与节点位移
• 2.1.6 单元刚度矩阵
• 2.2 温度场数学模型
• 2.2.1 切削过程的热传导理论
• 2.2.2 切削温度场传热学模型的建立
• 2.2.3 热传导有限元模型的建立
• 2.3 本章小结
• 第三章 正交切削过程仿真与分析
• 3.1 有限元软件介绍
• 3.1.1 软件介绍
• 3.1.2 有限元分析步骤
• 3.2 正交切削有限元几何模型的建立
• 3.2.1 几何模型的建立
• 3.2.2 边界条件
• 3.3 工件材料物理性能
• 3.4 工件材料的JOHNSON-COOK 本构模型参数
• 3.4.1 Johnson-Cook 本构模型参数
• 3.4.2 Johnson-Cook 本构方程参数拟合
• 3.5 摩擦模型的建立
• 3.6 切屑分离准则
• 3.7 仿真结果与分析
• 3.7.1 锯齿状切屑形成过程
• 3.7.2 切削力仿真结果分析
• 3.7.3 切削温度仿真结果分析
• 3.7.4 等效应力与等效塑性应变分布
• 3.7.5 置氢量对切削加工影响的有限元仿真结果与分析
• 3.7.6 切削速度对仿真结果的影响
• 3.8 本章小结
• 第四章 置氢钛合金TC4 正交切削试验与仿真结果对比
• 4.1 试验条件
• 4.1.1 工件材料
• 4.1.2 机床与刀具
• 4.1.3 测力系统
• 4.1.4 测温系统
• 4.1.5 切削参数设置
• 4.2 试验结果与仿真结果对比分析
• 4.2.1 切削力试验与验证
• 4.2.2 切削温度试验与验证
• 4.2.3 切屑形状验证
• 4.3 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
• 攻读硕士期间发表的主要论文