钛合金和高温合金切削过程的有限元仿真

【摘要】钛合金和高温合金是典型的难加工材料，其含量在航空发动机和飞机结构件中占主导地位，并且零件大多是复杂而薄壁的形状，具有较高的尺寸精度和光洁度，大的金属去除量等特点，所以如何保证切削过程的高效、精密、安全是加工过程的重点和难点。因此，深入研究钛合金和高温合金的切削机理并对其进行工艺参数优化对实际加工有着重要的指导意义。基于国内外在此方向的研究成果，本文通过理论分析与试验研究相结合，借助有限元仿真手段对钛合金Ti6Al4V和高温合金GH4169的切削过程进行了较为深入的研究。首先，通过设置合理材料单元失效模型，结合网格自适应控制技术建立了钛合金Ti6Al4V二维正交切削有限元模型，借助有限元分析得出了锯齿状切屑的形成过程，并研究绝热剪切行为下切屑形成过程的材料变形行为和形成机理以及切屑锯齿化程度变化规律。从剪切角和切削力曲线变化特点说明突变性绝热塑性剪切与周期性断裂共同作用导致了锯齿状切屑的形成。其次，构建了钛合金和高温合金的三维有限元切削模型，模拟分析切屑形态、切削温度、切削力以及残余应力的变化特点，并分别采用PCBN和PCD刀具对高温合金GH4169和钛合金Ti6Al4V进行了一系列切削力、切削温度的单因素试验。通过试验与仿真结果对比分析，得出不同切削参数下的切削力和切削温度变化规律，为切削工艺参数的优化提供了有益的参考。最后，为研究高速铣削钛合金Ti6Al4V过程铣削力的变化规律,借助有限元方法建立球头铣刀铣削模型，并通过铣削试验和仿真结果对比分析得出结论：切削加工时应选取高转速，相对较大的每齿进给量，及尽可能小的轴向切深。
【作者】赵忠阳；
【导师】王宇；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，机械制造及其自动化，2012，硕士
【关键词】有限元仿真；钛合金；高温合金；锯齿状切屑；切削试验；

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