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《南昌航空大学》 2015年
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钛合金超声振动辅助铣削数值模拟研究

管清友  
【摘要】:钛合金以自身无可替代的优良特性得到了越来越广泛的应用,其生产和制造的需求愈来愈多。但由于钛合金是典型的难加工材料,它的加工成为当前亟待解决的问题。插铣作为一种新兴的铣削方式,是实现金属高切除率最有效的加工方法之一,逐渐被工业界所认可,尤其是在航空航天领域中被广泛应用。超声振动辅助插铣将超声振动技术与普通插铣技术相结合,使刀具和工件之间形成脉冲式切削,达到减小切削力、降低切削热,提高加工质量和效率等目的。本文以钛合金为研究对象,以有限元建模仿真分析的形式对超声振动辅助插铣的切削性能进行了初步研究。首先,研究了振动切削机理,分析了刀具的运动轨迹,通过轨迹公式推算一振动周期内的切削时间,最后得出净切削比。分析了各种情况下净切削比对切削力和切削温度的影响。结果表明,在切削过程中净切削比对切削力和切削温度起决定性作用;减小净切削比可以有效的降低切削力和切削温度。其次,我们基于金属切削加工机理和有限元分析法,通过有限元软件ABAQUS建立了钛合金普通切削和振动切削加工模型,对钛合金的切削进行了详细的分析。根据切削加工的特点确定了合理的本构模型、分离准则、摩擦特点、边界条件等仿真条件。再次,通过依次改变振幅、进给量和切削速度的单因素变量法,研究了普通铣削和振动铣削过程切削力和切削温度的变化规律。结果表明,在一定范围内相对普通切削而言振动切削可以有效的降低切削力和切削温度,振幅越大效果越明显。在其他条件不变的情况下,切削力和切削温度随进给量的增加而增加;在切削速度改变的情况下,切削温度随切削速度的增加而增加,但切削力在振动切削的情况下随切削速度的增加而增加,在普通切削时随切削速度的增加而减小。最后,本文对振动插铣过程中切削力和切削温度的分析进行了初步探讨,为进一步深入研究切削力、刀具和工件的切削热分布提供了参考。
【学位授予单位】:南昌航空大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TG54

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