航空钛合金Ti6Al4V的高速铣削表面完整性模拟分析研究

【类型】学位论文

【作者】肖田 

【关键词】 高速铣削加工 表面残余应力 表面加工硬化 表面粗糙度

【摘要】随着航空航天技术的日新月异，钛合金Ti6Al4V由于其耐热性、耐腐蚀、强度和塑性较好，被广泛的应用到高温、高压和高速等特殊的条件下，且要求满足较好的配合精度、抗疲劳强度和耐磨性，所以对表面完整性提出了更高的标准。对表面完整性的研究主要集中在表面残余应力、表面加工硬化和表面粗糙度。计算机技术的突飞猛进使得应用有限元法研究高速切削加工表面完整性的越来越多。本文阐述了有限元法在高速切削加工中的一些关键技术，高速切削有限元法的整体控制方程、有限元的几何模型、材料的本构方程、摩擦模型、切屑分离准则、切屑断裂准则、切削过程中热的传递和耗散等。在对有限元几何模型的探究中，结合Ti6Al4V在实际加工中每齿进给量和轴向切削深度小的特点，对斜角切削模型进行了合理的简化。通过SHPB试验测得不同应变率下，各个温度的应力-应变曲线，应用Matlab软件拟合出了该材料的Power-law本构模型。基于Oxley切削模型，结合Power-law材料本构模型建立了残余应力的预测模型。设计正交试验方案，采用有限元软件Third WaveAdvantedge研究了切削参数和刀具参数对表面残余应力的分布状况的影响，通过极差分析法，找出了表面最小残余拉应力的最优参数组合。通过探究表面加工硬化的形成机理，得知工件应变层深度对应于工件硬化层深度，等效应变值对应于表面显微硬度的加工硬化程度。设计正交试验，研究了切削参数和刀具参数对表面加工硬化的影响，并通过极差分析法得出了各因素的最优水平和所有因素的最优组合。采用单因素方案，研究了工件初始温度和不同刀具材料、不同涂层材料对工件表面加工硬化的影响。采用正交试验方案，通过实验，研究了切削速度、轴向切削深度、每齿进给量、径向切削深度对表面粗糙度的影响，采用极差分析法，得到影响表面粗糙度的因素主次顺序和获得较好表面粗糙度的最优组合。为实际生产中获得较好的表面粗糙度，拟合了表面粗糙度的指数经验公式。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】中北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】武文革

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