【正文】 變化曲線 隨時(shí)間變化曲線圖33 切削力隨時(shí)間變化曲線 切削速度對(duì)切削力的影響 為了更明確的研究切削速度對(duì)切削力的影響，以四個(gè)不同的切削速度的為橫坐標(biāo)，各水平下測(cè)得的切削力F值平均值為縱坐標(biāo)，仿真過(guò)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 由圖可以看出，雖然切削速度對(duì)切削力影響非常小但是,均隨著切削速度的增大切削力均有有減小趨勢(shì)，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(shí)的759℃到切削速度為400m／min時(shí)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(shí)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。此外，切削熱可以使刀具前刀面的溫度上升，那么就在前刀面處帶來(lái)了減小摩擦應(yīng)力、減小摩擦角、增大剪切角的結(jié)果，從而減小了刀具與工件的摩擦力。所以，隨著切削速度的增大，切削力呈減小趨勢(shì)。 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336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?yàn)榍邢魃疃?即背吃刀量口f)與進(jìn)給量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。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。 仿真過(guò)程中的切削溫度 通過(guò)仿真計(jì)算得到了STEP1000時(shí)刀具和工件的切削溫度分布，如圖37和圖38所示。 圖37 刀具的切削溫度分布 圖38 工件的切削溫度分布從圖37可見，刀具的最高切削溫度集中在切削刃附近的局部變形區(qū)域，這是因?yàn)樵搮^(qū)域?yàn)樗苄宰冃魏偷兑恍寄Σ帘容^集中的地方。而從圖38可以看出，工件的最高溫度分布在切屑根部的很大區(qū)域范圍內(nèi)，并在與刀尖接觸區(qū)域達(dá)到最大值，其原因是切屑根部附近金屬的塑性變形產(chǎn)生的熱量使其自身溫度升高，并且傳熱不及時(shí)。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。 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33311所示。圖39 切削溫度隨切削速度的變化規(guī)律由圖39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。其原因是：當(dāng)切削速度提高時(shí)，單位時(shí)間的金屬切除率成正比增多，刀具與工件及切屑間的摩擦加劇，消耗于切削層金屬變形和摩擦的功增加，因而產(chǎn)生大量的切削熱。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(shí)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(lái)不及傳導(dǎo)出去，從而使切削溫度升高。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。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。但隨著進(jìn)給量的增大，單位切削力和單位切削功率將減小、切除單位體積金屬所產(chǎn)生的熱量也隨之減小。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(shí)切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度變長(zhǎng)，散熱面積增大。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。圖311 切削溫度歲切削深度的變化規(guī)律 由圖311可以看出切削溫度隨著切削深度的增加而增大，但是溫度增加的不是十分明顯。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。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?？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。 （2）詳細(xì)介紹了DEFOERM軟件的應(yīng)用及特點(diǎn)。 （3）建立了DEFORM3D對(duì)鈦合金的車削過(guò)程有限元仿真模型。包括幾何模型的建立和材料模型的建立。 （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。得出了削力曲線，并分析了切削力和切削溫度與各影響因素之間的變化關(guān)系及原因。 展望未來(lái) 切削過(guò)程中的影響因素和外在體現(xiàn)除了本文中討論的這些外還有很多，在切削的機(jī)理方面還需要更深入的研究。但由于時(shí)間和條件的限制，這部分的研究作者未能進(jìn)行。因此，作者認(rèn)為以后的研究可以圍繞下面的幾個(gè)方面深入展開： (1)在刀具的幾何參數(shù)對(duì)切削過(guò)程的影響中應(yīng)當(dāng)被更深入地研究。 (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。 (3)由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，對(duì)切削溫度和切削力的研究只進(jìn)行了仿真分析，在今后的研究中還應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量切削溫度與切削力，與仿真結(jié)果對(duì)比，并研究應(yīng)力在刀具和工件上的分布情況。(4)本文的仿真針對(duì)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。所以，還可以在加切削液的情況下，對(duì)如何采集數(shù)據(jù)和仿真分析進(jìn)行深入的研究。致 謝 本文是在唐志濤導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。論文的每一個(gè)階段都與導(dǎo)師的耐心幫助是分不開的。我在這里由衷的感謝導(dǎo)師的指點(diǎn)。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(duì)我起著提示、指導(dǎo)、糾正的幫助作用。沒有他們，是不可能這么順利的完成論文的，在此也非常感謝他們的熱心幫助！感謝各位教授、導(dǎo)師對(duì)論文的評(píng)閱和批評(píng)指正! 作者于煙臺(tái)大學(xué) 2013年5月30日參考文獻(xiàn)[1] (冷加工)，1999，1：4—5[2] 張伯霖．高速切削技術(shù)及應(yīng)用．機(jī)械工業(yè)出版社，2002[3] 李川平．Ti6Al4V鈦合金動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型與高速切削有限元模擬研究，蘭州理工大學(xué)學(xué)位論文，[4] 王貴成，王樹林，董廣強(qiáng)．高速加工工具系統(tǒng)．國(guó)防工業(yè)出版社，2005[5] 張喜燕趙永慶白晨光，鈦合金及應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2005．4[6] 《有色金屬及其熱處理》編寫組，有色金屬及其熱處理，國(guó)防工業(yè)出版社，1981[7] 陶春虎等著，航空用鈦合金零件的失效及其預(yù)防，國(guó)防工業(yè)出版社，2002．9[8] 中國(guó)航空材料手冊(cè)編輯委員會(huì)編，中國(guó)航空材料手冊(cè)，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001．8[9] 韓容第，難加工材料切削加工，機(jī)械工業(yè)出版社，l996[10] 楊冠軍，鈦合金研究和加工技術(shù)的新進(jìn)展，鈦工業(yè)進(jìn)展，2001，：15[11] T．H．洛拉得澤著，艾興等譯．切削刀具的強(qiáng)度和耐磨性． 998[12] 艾興等．高速切削加工技術(shù)．國(guó)防工業(yè)出版社，2003[13] 王貴成，王樹林，董廣強(qiáng)．高速加工工具系統(tǒng)．國(guó)防工業(yè)出版社，2005[14] 徐進(jìn)．高速車削條件下切削機(jī)理研究,華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文,華南理工大學(xué),2003[15] 李亮．鈦合金高速銑削機(jī)理及其工藝研究,南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文,南京航空航天大學(xué)，2004[16] 林新波，翟福寶，張質(zhì)良．金屬材料流動(dòng)應(yīng)力模型對(duì)有限元仿真結(jié)果的影響．模具技術(shù)，2001，(3)：16[17] 魯世紅，何寧．TC4鈦合金動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型與高速切削有限元模擬．兵器材料科學(xué)與工程，2009，32(1)：5[18] 周計(jì)明，齊樂華，陳國(guó)定．熱成形中金屬本構(gòu)關(guān)系建模方法綜述．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2005，3:16[19] 王進(jìn)，陳軍，趙震等．非調(diào)質(zhì)鋼F40MnV高溫流動(dòng)應(yīng)力模型研究．塑性工程學(xué)報(bào)，2005，12：5457[20] 趙培峰，任廣升，徐春國(guó)等．6061鋁合金材料常數(shù)的研究．塑性工程學(xué)報(bào)，2006，13(4)：7981[21] 胡時(shí)勝，霍普金．森壓桿技術(shù)．兵器材料科學(xué)與工程，1991，11:4047[22] 陳剛，陳忠富，陶俊林等．TC4動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究．實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2005，20(4)：605609[23] 方軍等Ti6A12ZrlM01V合金的雙曲正弦本構(gòu)關(guān)系．特種鑄造及有色合金，2009，9(1)：8283[24] 葉慶凱，王肇明．優(yōu)化與最優(yōu)控制中的計(jì)算方法．科學(xué)技術(shù)出版，1986[25] 石亦平，周玉蓉．ABAQUS有限元分析實(shí)例詳解．機(jī)械工業(yè)出版社，2006[26] 莊茁，張帆，岑松．ABAQUS非線性有限元分析與實(shí)例．科學(xué)技術(shù)出版社，2005[27] 李傳民，王向麗，閆華軍等，機(jī)械工業(yè)出版社，[28] Zhou Lian et a1．Titanium’95 Proceedings of the 8th World Conference[C]．UK：Bimingha／i1，1 995：60[29]Heng Qing Ye．Materials Science and Engineering[J]，1 999，A263：28926