摘 要

本文對鈦合金的性能進行了介紹。鈦合金在切削過程中變形系數(shù)小，切削溫度高，是一種典型的難加工材料。因此，研究鈦合金的切削性能，提高加工效率具有重要的意義。

在金屬的切削過程中切削力和切屑控制是反映材料切削加工性的主要指標。本文利用有限元軟件DEFORM-3D仿真TC4鈦合金的車削過程，得到了切削力與切削溫度的變化曲線，并知道切削過程中切削力是先波動再周期性穩(wěn)定的。借用正交試驗法獲得多組仿真數(shù)據(jù)，分析得出了切削力的經(jīng)驗公式。通過研究切削力與切削參數(shù)的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)切削過程中切削力是隨著切削速度的增大而減小，隨著切削深度和進給量的增大而增大的。

本文建立的切削過程有限元模型可以用來預(yù)報切削力，為鈦合金切削研究提供相關(guān)參考。因此，它具有重大而深遠的意義。

關(guān)鍵詞：鈦合金；高速切削；切削力；DEFROM-3D

Abstract

The paper introduce the properties of Titanium alloys. Because of the natures of small coefficient of deformation and high tempreture of cutting in the cutting process, Titanium alloys named a typical material that is difficult to process . Therefore, it’s of great significance to study machinability of titanium alloys for improve the processing efficiency.

Cutting forces and chip control are the major indexes reflecting cutting process. The paper uses finite element software DEFORM-3D to emulate TC4 Titanium alloy’s turning process and abtains the changing curve of cutting forces and temperatures, and know that cutting forces are undulate before steady. Getting several groups of emulate figures with the help of orthogonal experiment ways. By studying the changing regular pattern of cutting forces and cutting parameter, finding when cutting speed raises, cutting processes reduces .When depth of cutting changes deeper and feed of cutting changes bigger, it becomes bigger.

The paper’s finite element model that developed in the cutting processes can be used to preforcast cutting forces, and provides some related reference to Titanium alloy cutting research . So , it has important and lasting significance.

Keywords: Titanium alloys; High-speed cutting ;cutting forces;DEFROM-3D 

目 錄

摘 要 I

Abstract II

目 錄 III

1  緒論 1

1.1  課題背景和意義 1

1.2  國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3

1.3  鈦合金的性能特點 4

1.3.1  鈦及鈦合金 4

1.3.2  鈦合金分類 5

1.3.3  鈦合金特性 6

1.3.4  鈦合金的切削特點 6

1.3.5  鈦合金的熱處理 7

1.3.6  鈦合金Ti-6Al-4V的物理性能 8

1.4  本課題的研究內(nèi)容和方法 9

1.5  本章小結(jié) 10

2  有限元軟件DEFORM介紹 11

2.1  有限元仿真軟件種類 11

2.2  DEFORM的適用范圍和對象 11

2.3  DEFORM的特色功能與價值 12

2.3.1  DEFORM的特色功能 12

2.3.2  DEFORM的價值 12

2.4  DEFORM的功能模塊 12

2.4.1  DEFORM—2D模塊 12

2.4.2  DEFORM—3D模塊 13

2.4.3  DEFORM—F2模塊 13

2.4.4  DEFORM—F3模塊 13

2.4.5  DEFORM—HT模塊 13

2.4.6  DEFORM TOOL 14

2.5  DEFORM—3D軟件基本操作 14

2.5.1  前處理操作 14

2.5.2  仿真操作 14

2.5.3  后處理操作 15

2.6  DEFORM—3D網(wǎng)格劃分原則及方法 16

2.6.1  網(wǎng)格劃分的原則 16

2.6.2  網(wǎng)格劃分的方法 17

2.7  本章小結(jié) 18

3  有限元與切削力理論 19

3.1 有限元理論 19

3.1.1  有限元法介紹 19

3.1.2  剛塑性有限元法 21

3.2  切削力理論 22

3.2.1  切削力分析及切削功率 22

3.2.2  影響切削力的因素 24

3.3  本章小結(jié) 26

4  有限元仿真切削模型 27

4.1  幾何模型的建立 27

4.2  摩擦模型的建立 28

4.3  切屑分離標準設(shè)定 29

4.4  材料模型的建立 31

4.5  斷裂準則模型 32

4.6  本章小結(jié) 33

5  仿真分析 34

5.1  概述 34

5.2  不同切削條件下切削力的仿真 34

5.2.1  仿真過程中的切削力 34

5.2.2  正交試驗的設(shè)計 37

5.3 切削力的回歸分析 38

5.4  切削力與切削用量的關(guān)系 40

5.4.1  切削力與切削速度的關(guān)系 40

5.4.2  切削力與切削深度和進給量的關(guān)系 42

5.5  本章小結(jié) 43

6  總結(jié)與展望 44

6.1  論文總結(jié) 44

6.2  工作展望 44

致 謝 45

參考文獻 46

附錄A  英文原文 48

附錄B  漢語翻譯 58