【正文】 四個(gè)傳動(dòng)副?？梢园l(fā)現(xiàn)，除了兩者具有共同的發(fā)展趨勢(shì)外，切削力的仿真值和試驗(yàn)值還具有合理的一致性。綜合以上幾方面的影響，切削溫度隨進(jìn)給量的增加而升高，但幅度不如切削速度那樣明顯。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 表 42 切削溫度的仿真結(jié)果 序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 切削溫度 608 651 685 761 634 635 764 758 序號(hào) 9 10 11 12 13 14 15 16 切削溫度 716 734 697 685 768 761 674 636 對(duì)表 42 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 可知： 切削速度對(duì)切削溫度有較顯著的影響，隨著切削速度的提高，切削溫度明顯升高。直接影響刀具的磨損和使用壽命，并影響工件的加工精度和表面質(zhì)量。 模擬過(guò)程與實(shí)際的切 削過(guò)程一樣，也分為初始和穩(wěn)態(tài)的過(guò)程。本仿真中等時(shí)間步長(zhǎng)中按照每一步 刀具前進(jìn)的距離進(jìn)行設(shè)定，大小為 。在這個(gè)過(guò)程中，刀具不斷地?cái)D壓和剪切工件，使工件在高溫、高速下產(chǎn)生塑性變形；反過(guò)來(lái)，工件和切屑又不斷摩擦和擠壓刀具。目前對(duì)于材料在切削狀況下的本構(gòu)關(guān)系的研究并不多，一方面是因?yàn)樽霾牧显囼?yàn)比較復(fù)雜和昂貴，另一方面是因?yàn)橐话愕脑囼?yàn)只能提供有限應(yīng)變率 (10000/s)和應(yīng)變 (約 )的材料數(shù)據(jù)，因此很多研究都基于己有的材料本構(gòu)模型來(lái)展開的。對(duì)于在 DEFORM3D 中，實(shí)體都是劃分為 四 面體 單 元。這與有限元分析要求的單元形狀盡量接近于母單元的形狀相違背，因而將產(chǎn)生較大的計(jì)算誤差，特別是三角形單元和四面體單元。 (3)生成模型 (刀具和工件 )根據(jù)實(shí)際情況選擇加工條件、刀具參數(shù)、工件參數(shù)等，直到最后生成 .DB 文件，從而生成模型的步驟可以利用加工向?qū)е鸩竭M(jìn)行，如圖 32 所示。 DEFORM3D 還提供了 3D 幾何操縱修正工具，這對(duì)于 3D 過(guò)程模擬極為重要。 (3)DEFORM3D 模型來(lái)自 CAD 系統(tǒng)的面或?qū)嶓w造型 (STL／ SLA)格式。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 DEFORM3D 是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng) (FEM)，專門用于設(shè)計(jì)分析各種金屬成形過(guò)程中的三維流動(dòng)，在一個(gè)集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進(jìn)行模擬仿真分析。劃分有限元時(shí)，供選擇的單元類型有：一維梁?jiǎn)卧?，二維殼類單元，三維實(shí)體單元。由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小 (只相當(dāng)于 45 號(hào)鋼的 1/5～ 1/7)，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高，鈦合金加工過(guò)程中的高溫軟化現(xiàn)象比較顯著，所以在 30m/min～050100150200250300 1 2切削力（N） 切削深度（ mm） Fx（ N） Fy（ N） Fz（ N） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 50m/min 范圍內(nèi)切削力隨切削速度的增加而減小。這是因?yàn)榍邢魃疃仍龃蠓较蚺c Fx的方向一致，因此當(dāng)切削深度增加時(shí)， Fx 和 Fz增加比較顯著。為了減少試驗(yàn)次數(shù)，又得到合理的試驗(yàn)結(jié)果，正交試驗(yàn)法在科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。TC4 的化學(xué)成份和機(jī)械性能如表 和表 所示 表 TC4 化學(xué)成分表 元素 C Fe N O Al V H Ti 含量 ～ ～ 余量 表 TC4 機(jī)械性能表 材料 Ti6Al4V（ TC4） 抗拉強(qiáng)度（ MPa） 993 屈服強(qiáng)度（ MPa） 830 彈性模量 114 硬度（ HRC） 36 刀具材料 切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)，選用硬性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料， YG 類硬質(zhì)合金比較合適。鈦合金同時(shí)具備很好的抗疲勞性能，疲勞極限是鋼的兩倍。 鈦合金在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用：生物醫(yī)用材料是材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，是用于診斷、治療或替代人體組織、器官或增進(jìn)其功能、具有高技術(shù)含量和高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新型載體材料，是材料科學(xué)技術(shù)中一個(gè)正在發(fā)展的新領(lǐng)域。另外，由于鈦合金對(duì)刀具材料 的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。 (2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小（只相當(dāng)于 45 號(hào)鋼的 1/5～1/7） ,切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高。鈦合金開始強(qiáng)烈吸收氫、氧和氮的溫度分別為 300℃、 500℃、 600℃。 (2)比強(qiáng)度高 鈦合金的密度一般在 ，僅為鋼的 60%。 (2) β 相鈦合金 (用 TB 表示 ) 它是相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá) 1372~1666MPa，但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 1 章 鈦合金的性能及應(yīng)用 鈦合金的化學(xué)性能 鈦是銀白色金屬，密度約為 4． 5g/cm3，熔點(diǎn)為 1668℃ ,鈦有兩種同素異構(gòu)體，密排六方晶格的α鈦和體心立方晶格的β鈦。 四、本文研究的主要內(nèi)容 車削過(guò)程是一個(gè)多輸入輸出的過(guò)程，每個(gè)加工參數(shù)的改變都會(huì)引起輸出量的變化。由于其強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性差給切削刀具帶來(lái)了嚴(yán)重的磨損，這使得其加工效率很低，加工成本很高。到 60 年代末 70 年代初出現(xiàn)了大型通用有限元程序，它們以功能強(qiáng)、用戶使用方便、計(jì)算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術(shù)商品，成為結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)有力的分析工具。在低速切削或切削復(fù)雜型面時(shí)，可采用高釩高速鋼和高鉆高速鋼刀具，它們是加工鈦合金較好的刀具材料。 關(guān)鍵詞： 車削，鈦合金，有限元， DEFROM3D 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Finite Element Simulation of Turning Titanium Alloy Process ABSTRACT Since the reform and opening, due to production technology unceasing enhancement, All kinds of materials especially the most use of exploitation and utilization of titanium alloy, got fully used, and is increasingly being used in the production of all aspects of life． However， because of its unique material properties， we can not get better processing efficiency and lower processing costs. Therefore， it’s of great significance to study machinability of titanium alloys for improve the processing efficiency． In this paper, the cutting performance of the titanium have been researching. Metalcutting process is a very plex process. Turning operations are performed to modify shape, dimension, and surface roughness of a workpiece cutting away from it several layers of material. Modeling and simulation of cutting processes have the potential for improving tool designs and selecting optimum conditions． Finite element method is being one of method to research and simulate the curing processes． The one objective of this study was to develop a FEM model for simulating the cutting process in turning and predict curing forces and temperatures using finite element analysis． On the basis of predata collection of the workpiece flow stress and high strain rate and high temperature friction coefficient, Simulation of cutting process is set up by using of finite element software DEFORM3D. Analyze the cutting temperature changes of the cutting process. KEY WORDS: Turning , Titanium Alloy, Finite element, DEFROM3D 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 前 言 ....................................................................................................... 1 第 1 章 鈦合金的性能及應(yīng)用 ............................................................... 4 鈦合金的化學(xué)性能 ................................................................ 4 鈦合金的切削特點(diǎn) .................................................................... 6 鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀 .................................................................... 7 第 2 章 車削鈦合金實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ....................................................... 9 實(shí)驗(yàn)相關(guān)材料 ............................................................................ 9 工件材料 .......................................................................... 9 刀具材料 .......................................................................... 9 實(shí)驗(yàn)方案 .................................................................................... 9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 ...................................................................... 10 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ..........................................................................11 結(jié)果分析 ........................................................................ 12 第 3 章 鈦合金車削有限元仿真 ......................................................... 15 有限元分析方法過(guò)程 ............................................................. 15 有限元軟件 DEFORM3D 介紹 ............................................. 15 DEFORM3D 中應(yīng)用加工向?qū)K進(jìn)行車削仿真的基本步驟 .................................................................................................. 17 DEFORM3D 中切削加工過(guò)程有限元模 型建立的主要注意點(diǎn) .................................................................................................. 18 網(wǎng)格劃分的設(shè)置 ................