典型航空材料切削加工的有限元建模与仿真研究

【类型】学位论文

【作者】秦宇 

【关键词】 铝合金 钛合金 切削过程模拟 切屑形态 参数化建模

【摘要】航空航天业的发展对航空材料特性的要求较高,以铝合金和钛合金为代表的传统金属密度小、强度高,一直是航空材料的首选,常用于飞机重要零部件的制造。该类材料的零部件加工生产时大多需要进行切削加工。金属切削加工是一个复杂的非线性热力耦合过程,利用传统的试验方法对切削参数进行优选,试验成本高,且周期较长。事实证明,利用计算机进行有限元仿真不仅能够节省大量的人力物力,甚至还可以得到从试验中很难获得的重要数据,对生产实践有着很高的指导价值。本文基于有限元软件ABAQUS,采用Python脚本语言开发了用于切削过程分析的仿真模块。该模块可参数化建立切削模型,根据具体输入的工件、刀具及切削参数信息进行切削过程仿真。文中详细介绍了参数输入模块中建立几何模型、划分工件网格、创建工件材料、选择切削参数以及输入作业参数的操作流程和内核程序的脚本开发,将相同条件下模拟得到的仿真结果与己有的实验数据进行对比,在证明仿真模块准确性的同时,利用该模块分别对铝合金7050-T7451和钛合金Ti-6Al-4V的切削过程进行模拟,仿真结果揭示了切屑的形成过程和切削力的变化规律。借助金属切削理论,研究了刀具前角和切削速度对切削温度的影响,得出切削温度随刀具前角的增大而降低,随切削速度的增加而升高,并着重分析了刀具前角对切屑形态的影响。仿真结果表明,大前角的刀具有利于改善切削过程,加工Ti-6Al-4V时,刀具前角一般在0°~8°之间,而加工7050时,由于工件材料易切削,可以适当加大刀具前角,在保证刀具强度的前提下,合理的前角范围为8°~16°。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】大连交通大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】沙智华

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