【正文】 (2)作者在刀具的磨損的分析中，各影響因素對(duì)刀具磨損的影響沒有進(jìn)行深入的 研究，刀具壽命也未能研究，可以對(duì)其單獨(dú)分析。這是因?yàn)檫M(jìn)給量增大使單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量增多，消耗的切削功和由此轉(zhuǎn)化成的熱量也將增加，使切削溫度上升。這是由于當(dāng)?shù)毒唛_始切入工件時(shí)，工件與刀具接觸部分單元受到刀具前刀面的擠壓而發(fā)生變形，隨著變形程度的增大，主切削力隨著變形抗力增大也相應(yīng)增大，并達(dá)到一個(gè)較大的值；當(dāng)某些單元的變形達(dá)到所設(shè)定的材料變形極限時(shí)，單元失效，切削力相應(yīng)的減??；在切削開始的各個(gè)瞬間，失效的單元數(shù)目和位置都具有很大的不確定性，于是產(chǎn)生了切削力數(shù)值的上下波動(dòng)；進(jìn)入平穩(wěn)階段后，切削力在宏觀上和微觀上都呈現(xiàn)出規(guī)律性的波動(dòng)，這是由于在切削平穩(wěn)之后，工件有規(guī)律發(fā)生單元失效，在各個(gè)瞬時(shí)失效的單元數(shù)目及其相對(duì)位置都是固 定的，此時(shí)主切削力的大小穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值。 Kitagawa 在 1989 年對(duì) Usui公式進(jìn)行常數(shù)修正后，發(fā)現(xiàn)該特征公式也適用于描述后刀面的磨損情況。到目前為止，在有限 元模擬中已經(jīng)提出各種切屑分離標(biāo)準(zhǔn)，這些準(zhǔn)則可以分為兩種類型：幾何準(zhǔn)則和物 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 11 理準(zhǔn)則。工件和刀具材料性能參數(shù)如表 25 所示在本研究中未采用本構(gòu)關(guān)系表達(dá)方程來(lái)描述應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率之間的關(guān)系，而是采用 DEFORM3D 材料庫(kù)中所提供的數(shù)據(jù)，其優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)可靠。也可進(jìn)入前處理進(jìn) 行更詳細(xì)的設(shè)置，如網(wǎng)格密度框。在主窗口界面右側(cè)點(diǎn)擊前處理 Pre Processor 中的 Machjning 選項(xiàng)，即可進(jìn)入切削前處理界面。 前處理中自動(dòng)生成邊界條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)備快速可靠；不需要人工干預(yù)，全自 動(dòng)網(wǎng)格劃分；具有 FLOWNET 和點(diǎn)跡示蹤、變形、云圖、矢量圖、力一行程曲線圖等后處理功能；具有 2D 切片功能，可以顯示工件或模具剖面結(jié)果。系統(tǒng)集成了在任何必要時(shí)能夠自行觸發(fā)的自動(dòng)網(wǎng)格重劃生成器，能生成優(yōu)化的網(wǎng)格模型。典型的 DEFORM3D 應(yīng)用包括鍛造、切削、擠壓、軋制、彎曲和其它成形加工手段。 (4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。 鈦的化學(xué)活性大，與大氣中的 O、 N、 H 等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。 高速切削加工技術(shù)是國(guó)際上先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，展開對(duì)鈦合金等難加工材 料的高速切削研究，設(shè)法解決鈦合金高速切削加工難題，對(duì)各行各業(yè)的飛速發(fā)展必定起到積極的作用。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小 符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。在鈦合金高速切削過(guò)程中，切削熱和切削力是影響提高鈦合金切削速度主要原因。(2)β相鈦合金（用 TB 表示）；（ 3）α+β相鈦合金（用 TC 表示 )。 除此之外，鈦合金還具有熔點(diǎn)高、摩擦系數(shù)大、常溫回彈大、塑性低、比重輕等特性。因此，關(guān)于鈦合金的切削加工一直都是研究熱點(diǎn)，學(xué)者們從不同角度對(duì)鈦合金的切削加工作了研究： 20xx 年，史興寬等通過(guò)紅外線測(cè)溫和數(shù)值計(jì)算的方法，研究了鈦合金 TC4 高速銑削時(shí)表面溫度場(chǎng)的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)高速銑削時(shí)，切削點(diǎn)與即將切削部位有很大的溫度梯度。 DEFORM3D 的計(jì)算精度和結(jié)果可靠性，被國(guó)際成形模擬領(lǐng)域公認(rèn)為第一。利用 DEFORM 可獲得金屬成形過(guò)程的速度場(chǎng)、靜水壓力場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)結(jié)果，以分析型材成形中波浪、扭擰、折疊、裂紋等缺陷。這三個(gè)模塊主要完成以下功能：力學(xué)模型的建立與離散化以及初、邊值條件的提法是前處理器的關(guān)鍵。在模擬過(guò)程中，不僅可以隨時(shí)中斷和結(jié)束模擬，還可以進(jìn)入后處理器觀察模擬效果。最終生成圖 24 所示的仿真模型。 Deform3D 采用的是經(jīng)過(guò)特殊處理的四面體單元。 (3)絕對(duì)壓力準(zhǔn)則當(dāng)接觸節(jié)點(diǎn)的壓應(yīng)力大于預(yù)設(shè)值時(shí)，節(jié)點(diǎn)分離。在眾多指標(biāo)中，切 削力、切削溫度是反映材料切削性能的主要指標(biāo)，在科研生產(chǎn)中也是最為常用的，特 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 12 別是在鈦合金的切削中，這幾個(gè)指標(biāo)尤為重要。 切削深度和進(jìn)給量對(duì)切削力的影響 為了更明確的研究切削深度與進(jìn)給量對(duì)切削力的影響，分別以切削深度和進(jìn) 給量的四個(gè)不同值為橫坐標(biāo)，各值對(duì)應(yīng)測(cè)得的各軸切削力平均值為縱坐標(biāo)，仿真過(guò) 程中切削力與切削深度和進(jìn)給量的關(guān)系如圖 3 36所示： 圖 35 切削力隨切削深度的變化 圖 36 切削力隨進(jìn)給量的變化 由圖 35 和圖 36可以看到，切削力隨著切削深度和進(jìn)給量的增大均增大，因 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 17 為切削深度 (即背吃刀量口 f)與進(jìn)給量 ap 的增大都將增大切削面積，從而增大變 形力和摩擦力，刀具所受到的摩擦力也增大，切削力也將增大。這是由于當(dāng)切削深度增加時(shí)，產(chǎn)生的熱量成比例的增加，使切削溫度上升； 但隨著切削深度的增加，散熱面積也成 比例的增加，所以切削深度對(duì)切削溫度的影響 不大。論文的每一個(gè)階段都與導(dǎo)師的耐心幫 助是分不開的。 （ 4）進(jìn)行了多組切削過(guò)程的模擬仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了匯總對(duì)比分析。 不同變量對(duì)切削溫度的影響 由于在切削機(jī)理的理論研究中，工件的最高溫度的變化是影響切削難易程度的和刀具磨損的重要參考因素，所以本文按照表 31 的仿真次序得出不同切削條件下工件溫度的仿真結(jié)果，通過(guò)仿真得到不同變量對(duì)工件切削溫度的影響規(guī)律如圖 3 3311 所示。 表 31 仿真結(jié)果 仿真過(guò)程中的切削力 切削過(guò)程的模擬如圖 3． 2所示，在軟件的該界面中，刀片全部顯示出來(lái)，而只 是在工件上面提取了很小的參與切削部分。 Usui 磨損模型由Usui等在 1978 年建立。 根據(jù)上述網(wǎng)格劃分原則，本文對(duì)工件和刀具進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，如圖 26 和圖 27 所示。圖 24 為鈦合金切削的三維有限元模型示意圖。故本文作如下假設(shè)： 在切削過(guò)程中，機(jī)床、刀具及工件組成的工藝系統(tǒng)的變形將影響切削的參數(shù)。 DEFORM 運(yùn)行時(shí)，首先通過(guò)有限元離散化將平衡方程、本構(gòu)關(guān)系和邊界條件轉(zhuǎn)化為非線性方程組，然后通過(guò)直接迭代法 和 Newton— Raphson 法進(jìn)行求解，求解的結(jié)果以二進(jìn)制的形式進(jìn)行保存，用戶可以在后處理器中獲取所需要的結(jié)果。 DEFORM3D 的特點(diǎn) DEFORM3D 具有以下特點(diǎn)： DEFORM3D 是一個(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。 DEFORM 具有友好的用戶圖形界面，操作簡(jiǎn)單方便。研究表明拉伸裝央不影響加工表面粗糙度，但能提高已加工表面殘余壓應(yīng)力和增大殘余應(yīng)力層厚度。K)，非常小，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。此外，鈦合金對(duì)各種濃度的鉻酸和硝酸的穩(wěn)定性高，在大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽、堿性溶液和有機(jī)酸中的耐蝕性也很高。通過(guò)對(duì)鈦合金高速切削過(guò)程仿真結(jié)果的分 析，對(duì)提高鈦合金切削速度以及刀具材料的選擇具有重要的意義。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。接下來(lái)通過(guò)多次變換參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，最后運(yùn)用單變量分析法對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)分析繪制鈦合金高速切削過(guò)程中溫度和切削力的變化規(guī)律圖。 在大多數(shù)介質(zhì)中，特別在中性、氧化性和海水中有很高的耐蝕性。 (2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)： λ=(m 20xx 年，許鴻昊等從裝央方式的角度研究了拉伸裝央方式對(duì)鈦合金 TC4 加工表面質(zhì)量的影響。所以本文采用 DEFORM 軟件來(lái)進(jìn)行高速切削TC4 鈦合金的車削仿真。 DEFORM 通過(guò)在計(jì)算機(jī)上模擬整個(gè)金屬成形過(guò)程，幫助技術(shù)人員設(shè)計(jì)加工模具和產(chǎn)品工藝流程，從而減少了昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本；通過(guò)提高 工模具設(shè)計(jì)效率，從而降低生產(chǎn)和材料成本，縮短新產(chǎn)品的研究開發(fā)周期。真正的有限元分析過(guò)程是在求解器中完成的。此外，正確的簡(jiǎn)化模型不僅可以提高計(jì)算結(jié)果的精度，并且可以大大的減少計(jì)算的時(shí)間。本文為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性所采用的刀具及工件幾何模型皆為DEFORM 一 3D 所提供。此外，根據(jù)接觸條件，柔體相對(duì)于剛體應(yīng)用更致密的網(wǎng)格。故本文采用 Usui 磨損模型對(duì)刀具的磨損進(jìn)行預(yù)測(cè)。 切削仿真結(jié)果 本文采用單變量分析法，通過(guò)十組仿真進(jìn)行仿真分析，仿真數(shù)據(jù)結(jié)果如下表 31。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。包括幾何模型的建立和材料模型的建立。我在這里由衷的感謝導(dǎo)師的指點(diǎn)。 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(duì)象，利用 DEFORM3D 有限元分析軟件仿真的方法對(duì)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(duì)于實(shí)際鈦合金的切削過(guò)程有重要的指導(dǎo)作用。雖然切削深度與 進(jìn)給量對(duì)切削力的影響都成正比關(guān)系，但由于進(jìn)給量的增大會(huì)減小切削層的變形， 所以進(jìn)給量對(duì)切削力的影響比切削深度小。同時(shí)這幾個(gè)指標(biāo)中最為重要的是切削 力。 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。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(lái)決定。 (4)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬運(yùn)算。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。 DEFORM 軟件充分考慮到用戶界面中交互方式的友好性，設(shè)計(jì)出便于用戶理解仿真過(guò)程并能實(shí)時(shí)地監(jiān)控仿真過(guò)程的前置處理器。它可幫助技術(shù)人員設(shè)計(jì)加工模具和產(chǎn)品工藝流程，以減少昂貴的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成本，提高工模具設(shè)計(jì) 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。 適用范圍及對(duì)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。 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(gè)因素，及兩種介質(zhì)條件下不同切削速度對(duì)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。 鈦合金的切削加工特點(diǎn) 鈦合金的硬度大于 HB350 時(shí)切削加工特別困難，小于 HB300 時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。 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。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(duì)切削刀具的選擇以及鈦合金切削過(guò)程起到至關(guān)重要的影響。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)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(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì)（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)?？梢圆捎糜坝?、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)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。目前鈦合金零件制造面臨的主要問(wèn)題是加工效率低、制造周期長(zhǎng)、表面質(zhì)量待提高。 K)。因此，要求