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钛合金高速铣削力试验与有限元数值分析

易俊杰  
【摘要】: 对钛合金TC4、TC11的铣削力进行了铣削试验研究,并进行二维切削与三维铣削有限元仿真,通过仿真得出铣削力、铣削温度,与试验数据进行对比分析。 1从切削热、工件材料模型、切屑分离、摩擦类型四个方面进行切削有限元仿真,其中切屑分离是切削仿真中最重要的技术,本文以ALE、剪切失效、累进损伤失效三种技术,以不同的研究目的,分别应用于有限元切削仿真研究中。 2通过自适应和累进损伤失效技术建立了带状切屑二维切削有限元模型并进行了分析;以钛合金锯齿切屑形成机理为研究目的,利用累进损伤失效和网格重划分技术分别实现了二维锯齿切屑仿真;建立了超声振动切削钛合金二维有限元模型并进行了分析。 3建立了整体硬质合金铣刀铣削钛合金三维铣削有限元模型,对铣削有限元模型、铣削机理、铣削过程进行了分析,进行了铣削速度、每齿进给量、轴向切深三个铣削参数对铣削力的单因素影响分析。 4对钛合金TC4、TC11进行了三因素三水平正交铣削试验,并得到了试验铣削力结果的极差和非线性回归经验公式;为了与试验进行对比,通过减小铣刀直径、保持切削参数不变,建立了改进的三维铣削有限元模型并进行了分析。 二维切削仿真结果表明钛合金锯齿切屑的形成机理主要是热塑性失稳导致集中滑移;超声振动切削能有效的降低切削力和切削温度;三维铣削仿真结果与文献结论基本相符。铣削试验结果表明影响铣削力大小的三因素的重要性顺序为:每齿进给量、径向切深、切削速度;改进的铣削有限元仿真结果与实验数据对比,表明变化趋势是一致的。这些研究结果有利于更进一步研究钛合金的切削机理,优化加工参数。


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