【正文】 對比，并研究應(yīng)力在刀具和工件上的分布情況。 本次論文期間，學(xué)院里的同學(xué) (郭偉峰、王本江等 )也不同程度的對我起著提示、指導(dǎo)、糾正的幫助作用。因此，作者認(rèn)為以后的研究可以圍繞下面的幾個方面深入展開： (1)在刀具的幾何參數(shù)對切削過程的影響 中應(yīng)當(dāng)被更深入地研究?？偨Y(jié)本文的主要工作如下： （ 1）介紹了本文研究的背景和意義，鈦合金的物理機(jī)械性能及其特性與高速切削研究現(xiàn)狀。 圖 310 切削溫度隨進(jìn)給量的變化規(guī)律 由圖 310 可知，進(jìn)給量增大，切削溫度也增大。 仿真過程中的切削溫度 切 削溫度 的分布 通過仿真計算得到了 STEP1000 時刀具和工件的切削溫度分布，如圖 37 和圖 38所示。切削力從開始 逐漸增大，迅速達(dá)到一個較大值，然后局部減小，并開 始在一個范圍內(nèi)波動，進(jìn)入穩(wěn)定階段。在切削過程中，切削力直接決定著切削熱的產(chǎn)生，并影響刀具磨損、破損和使 用 壽命，工件加工精度以及已加工表面的質(zhì)量等。此方法的不足之處在于不能對切削刃經(jīng)過處 理的刀具 (如刀刃鈍圓和磨損的刀具 )進(jìn)行預(yù)測。 刀具磨損模型 DEFOMR 一 3D 中，有兩種可用的磨損模型： Archard 模型和 Usui 模型。另外，一個好的分 離準(zhǔn)則在切削材料確定后，不應(yīng)隨著切削條件的變化而變化。對于給定大小工件 (或刀具 )，網(wǎng)格密度增大，可以提高幾何模型的分辨率，并提高應(yīng)力、溫度和應(yīng)變等場變量的計算精度。本研究所采用的刀具材料為 Carbide(Cobalt15%)的硬質(zhì)合會刀片，工件材料為鈦合金 Ti6Al4V(即 TC4)。 (5)進(jìn)入后處理界面對刀具和工件進(jìn)行分析。 DEFORM3D 中應(yīng)用加工向?qū)K進(jìn)行車削仿真的基本步驟 DEFORM 為了方便應(yīng)用，提供了成型分析、加工分析 (包括切削和鉆削 )等向?qū)В脩糁恍璋聪驅(qū)нM(jìn)行相關(guān)設(shè)置，生成數(shù)據(jù)庫之后即可對模型求解。在后處理窗口中，可以觀察整個動態(tài)模擬過程，每一步下刀具或工件的狀態(tài)及進(jìn)行其它一些分析。 DEFORM3D 有關(guān)功能模塊在本課題研究中的應(yīng)用 本課題所用的 DEFORM3D 功能模塊為 Machining 模塊。材料模型的確定主 要包括：按照既定的彈塑性、彈粘塑性、剛塑性、剛粘塑性模型輸入相應(yīng)的熱、物性參數(shù)；根據(jù)用戶提供的試驗(yàn)曲線及數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)自動進(jìn)行擬合及轉(zhuǎn)換成仿真所需的模型和參數(shù)。實(shí)體之間或?qū)嶓w內(nèi)部的熱交換分析既可單獨(dú)求解，也可以耦合在成形模 擬過程中分析。 20 世紀(jì) 70年代后期，位于美國加州伯克利的加利福尼亞大學(xué)小林研究室在美國軍方的支持下開發(fā)出有限元軟件 ALPID， 20 世紀(jì) 90 年代在這一基礎(chǔ)上開發(fā)出 DEFOR． M． 2D軟件。它提供了 230 多種材料數(shù)據(jù)庫資料，幾乎包含了所煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 5 有常用材料的彈性變形數(shù)據(jù)、塑性變形數(shù)據(jù)、熱能數(shù)據(jù)、熱交換數(shù)據(jù)、晶體長大數(shù)據(jù)、材料硬化數(shù)據(jù)和破壞數(shù)據(jù)，方便用戶在計算過程中使用。 MSC／ Nastran 是目前國內(nèi)外對于金屬切削加工過程的仿真的常用的仿真軟件有： DEFORM、 MSC 著名結(jié)構(gòu)分析程序軟件， MSC／ Dytran 是動力學(xué)分析程序軟件， MSC／ Marc 是非線性分析軟件， ANSYS 是通用結(jié)構(gòu)分析軟件， ADINA 和 ABAQUS 同樣也是非線性分析軟件。DEFORM3D 是一套基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元系統(tǒng)，專門設(shè)計用于分析各種金屬成形過程中的三維流動，提供極有價值的工藝分 析數(shù)據(jù)，及有關(guān)成形過程中的材料和溫度流動，是模擬 3D 材料流動的理想工具。 20xx 年，李德華等分別對鈦合金切削的刀具材料選用和加工工藝方法進(jìn)行了研究。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合作用對其切削加工性 的影響。 K)。 ，密度小 常用 α+β 相鈦合金的強(qiáng)度為 b? =10101177MPa,密度 ρ=， 比強(qiáng)度b? /ρ=228266。目前鈦合金零件制造面臨的主要問題是加工效率低、制造周期長、表面質(zhì)量待提高。 本文以鈦合金 Ti6Al4V為主要研究對象 ，并借助于有限元分析軟件 DEFORM3D，對高速切削鈦合金過程進(jìn)行了三維動態(tài)仿真，并對切削過程中切削力和切削溫度的變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的分析。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保 存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。它們直接影響了切削刀具磨損量和鈦合金工件的變形情況 ,對切削刀具的選擇以及鈦合金切削過程起到至關(guān)重要的影響。 鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、彈性模量小的特性導(dǎo)致其在切削加工過程中切削速度相對較低（目前生產(chǎn)中實(shí)際切削線速度為 2560m/min)、切削力不穩(wěn)定、切削功率大，導(dǎo)致切削加工效率非常低。 三種鈦合金中 α+β相鈦合金最常用，而其中 Ti6Al4V應(yīng)用最普遍，占當(dāng)今鈦合金使用總量的一半以上。 K） 約為 Ni 的 1/4； Fe 的 1/51/7；各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)更低，常溫下 Ti6Al4V 的導(dǎo)熱系數(shù)λ =(m 鈦合金的切削加工特點(diǎn) 鈦合金的硬度大于 HB350 時切削加工特別困難，小于 HB300 時則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。同時，由于鈦合煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 3 金的彈性模量小，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。 20xx 年，萇浩等 128l 研究了干切削和有氮?dú)饨橘|(zhì)情況下影響 TC4 材料銑削力大小的幾個因素，及兩種介質(zhì)條件下不同切削速度對后刀面磨損的影響，證實(shí)了以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)可大大改善刀具的磨損狀況，提高刀具壽命。該軟件的開發(fā)者獨(dú)立出來成立 SFTC 公司，并推出了 DEFORM3D 軟件。 適用范圍及對象 目前應(yīng)用較為廣泛的有限元軟件有 MSC／ Nastran、 MSC／ Dytran、 MSC／ Marc、 ANSYS、 ADINA、 ABAQUS 等軟件。 DEFORM 具有完善的 IGES、 STL、 IDEAS、 PATRAN、 NASTRAN 等 CAD 和CAE 接口，方便用戶導(dǎo)入模型。它可幫助技術(shù)人員設(shè)計加工模具和產(chǎn)品工藝流程，以減少昂貴的現(xiàn)場試驗(yàn)成本，提高工模具設(shè)計 效率，降低生產(chǎn)和材料成本，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)，縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。 材料模型有彈性、剛塑性、熱彈塑性、熱剛粘塑性、粉末材料、 剛性材料及自 定義類型。 DEFORM 軟件充分考慮到用戶界面中交互方式的友好性，設(shè)計出便于用戶理解仿真過程并能實(shí)時地監(jiān)控仿真過程的前置處理器。此外用戶還可以列點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，對個別點(diǎn)的軌跡、應(yīng)力、應(yīng)變、破壞程度進(jìn)行跟蹤觀察，并且根據(jù)需要抽取數(shù)據(jù)。在模擬正常結(jié)束后，選擇生成的 ． DB 文件，單擊主窗口左側(cè)的 Post Processor 欄下的DEFORM3D Post 選項(xiàng)，出現(xiàn)后處理窗口。加工周圍的環(huán)境溫度對切削溫度的分布有影響，為了方便起見，假定環(huán)境溫度始終是 20℃。 (4)計算機(jī)進(jìn)行模擬運(yùn)算。而工件的彈性變形部分遠(yuǎn)小于塑性變形部分，因而可以忽略彈性變形，因此，將材料模型簡化為塑性模型。通常情況下網(wǎng)格數(shù)量由給定的實(shí)體表面所劃分的單元數(shù)目和網(wǎng)格密度控制參數(shù)兩方面來決定。一個分離準(zhǔn)則只有真實(shí)地反應(yīng)切削加工材料的力學(xué)和物理性質(zhì)，才能得到 合理的結(jié)果，例如切屑幾何形狀、切削力、溫度和殘余應(yīng)力等。 在本文中，采用的是系統(tǒng)默認(rèn)的缺省準(zhǔn)則，如需應(yīng)用其他分離準(zhǔn)則，可在 DEFORM3D 的 Pre— Inter— object 中設(shè)定。除了在最深處的位置有些偏差，預(yù)測的深度和輪廓與試驗(yàn)結(jié)果相符。同時這幾個指標(biāo)中最為重要的是切削 力。 圖 32 切削過程 通過軟件后處理功能得到切削力的變化結(jié)果如圖 33所示，通過結(jié)果可以看出，仿真模擬過程與實(shí)際的切削過程一樣，可分為初始階段和穩(wěn)態(tài)階段。雖然切削深度與 進(jìn)給量對切削力的影響都成正比關(guān)系，但由于進(jìn)給量的增大會減小切削層的變形， 所以進(jìn)給量對切削力的影響比切削深度小。由于第一變形區(qū)和第二變形區(qū)的熱量向工件和切屑內(nèi)部傳導(dǎo)需要一定的時間，因此，切削速度增大使切削熱大量地積聚在切屑底層而來不及傳導(dǎo)出去，從而使切削溫度升高。 第四章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本文以鈦合金 Ti6Al4V 高速切削為研究對象，利用 DEFORM3D 有限元分析軟件仿真的方法對鈦合金 Ti6Al4V 高速切削的切削力和切削溫度進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，對于實(shí)際鈦合金的切削過程有重要的指導(dǎo)作用。但由于時間和條件的限制，這部分的研究作者未能進(jìn)煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 20 行。我在這里由衷的感謝導(dǎo)師的指點(diǎn)。 (4)本文的仿真針對的都是干切加工方式，采用干切的加工方法，使得切削狀況很差，也不符合生產(chǎn)加工的實(shí)際情況。包括幾何模型的建立和材料模型的建立。此外，當(dāng)增大進(jìn)給量后，切削厚度增大，由切屑帶走的熱量增多，同時切屑與前刀面的接觸長度變長，散熱面積增大。并且從以上兩圖可以看出刀具的切削溫度要比工件的切削溫度低很多。 Fx 隨時間變化曲線 Fy 隨 時間變化曲線 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 15 Fz 隨時間變化曲線 圖 33 切削力隨時間變化曲線 切削速度對切削力的影響 為了更明確的研究切削速度對切削力的影響，以四個不同的切削速度的為橫坐 標(biāo)，各水平下測得的切削力 F值平均值為縱坐標(biāo)，仿真過程中切削力與切削速度 的關(guān)系如圖 34所示： 圖 34 切削力隨切削速度的變化 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 16 由圖可以看出，雖然切削速度對切削力影響非常小但是 Fx ,Fy ,Fz 均隨著切削速度的增大切削力均有有減小趨勢，這是由于隨著切削速度的提高，切削溫度從切削速度為 100m／ min 時的 759℃到切削速度為 400m／ min 時的 928℃左右如表 31，切削溫度不斷增大，而鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)小，切削熱短時間內(nèi)不易傳散出去，集中在切削區(qū)較小的范圍內(nèi)，形成較高溫度的單位區(qū)域，產(chǎn)生熱軟化 效應(yīng)，減小工件的切削抗力。 切削仿真結(jié)果 本文采用單變量分析法，通過