钛合金TC4铣削加工物理仿真模型的研究

摘要

由于航天、航空、舰船制造工业的飞速发展，对高新材料的需求与应用越来越多，但有些材料因其自身特性造成其可切削加工性很差。钛合金TC4就是典型难加工材料之一，主要表现为切削力波动大、切削温度高、刀具磨损严重，这些特性在加工时会引起铣刀易崩刃、脆断，故对铣削钛合金TC4的铣削变形，铣削力，铣削温度，刀具磨损机理方面进行研究具有重要的理论意义，同时也对钛合金在实际加工中有着极大的应用价值性。
　　本文在对钛合金铣削技术研究现状综述的基础上，研究钛合金TC4的铣削机理，获取铣削根标本，对它的变形情况、变形规律以及影响因素进行研究，为铣削相关技术的研究奠定理论基础;对钛合金TC4在铣削过程中产生的铣削力信号进行频域分析，得出不同铣削条件下铣削参数对铣削力振动频率的影响，获得铣削力振动频率与锯齿形切屑生成频率吻合较好的关系，且有相似的变化规律，并建立铣削力模型，通过实验验证所建模型的正确性;根据实验数据建立铣削温度模型，并通过仿真验证所建铣削温度模型可以正确反映铣削过程中所产生的铣削温度;利用有限元方法分析不同铣刀的刃口几何形状对铣削温度的影响;对刀具的磨损机理进行研究，并建立刀具磨损寿命公式。
　　通过理论研究与实验相结合的方法，本文不仅在理论研究的基础上建立数学模型，而且进行大量的铣削加工实验，验证所建立模型的正确性，为钛合金TC4在铣削加工中合理选用铣削参数，提高生产率和降低生产成本奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 铣削变形机理研究现状

1．2．2 铣削力研究现状

1．2．3 铣削温度研究现状

1．2．4 刀具磨损研究现状

1．3 课题来源和研究内容

第2章 钛合金TC4铣削变形与铣削力建模研究

2．1 钛合金TC4铣削变形的研究

2．1．1 钛合金TC4铣屑根标本的制取

2．1．2 铣削用量对铣屑形状特征的影响

2．2 铣削用量对铣削力振动频率的影响

2．2．1 铣削速度对铣削力振动频率的影响

2．2．2 每齿进给量对铣削力振动频率的影响

2．3 铣削力振动频率与锯齿形铣屑生成频率的关系

2．3．1 铣削用量对锯齿形铣屑生成频率的影响

2．3．2 铣屑生成频率和铣削力振动频率对比

2．4 铣削力建模

2．4．1 微元铣削力建模

2．4．2 积分线的确定

2．5 铣削力模型的实验验证

2．5．1 实验条件

2．5．2 实验方案

2．5．3 实验结果与理论结果对比分析

2．6 本章小结

第3章 钛合金TC4铣削温度建模研究

3．1 铣削温度测定方法

3．1．1 标准热电偶法

3．1．2 红外热像仪法

3．2 测温原理及方案

3．2．1 测温原理

3．2．2 实验方案

3．3 铣削温度建模

3．3．1 多元线性回归数学模型的建立

3．3．2 参数的最小二乘估计

3．4 铣削温度模型的仿真验证

3．4．1 有限元分析

3．4．2 实验结果与仿真结果对比分析

3．5 刀具刃口铣削温度仿真研究

3．5．1 倒棱刃口作用下温度分布

3．5．2 钝圆刃口作用下温度分析

3．6 本章小结

第4章 钛合金TC4铣削刀具磨损研究

4．1 刀具磨损形式

4．1．1 前、后刀面磨损

4．1．2 粘结磨损

4．1．3 氧化与扩散磨损

4．2 铣削用量与刀具磨损的关系

4．2．1 铣削速度对铣刀磨损的影响

4．2．2 进给量对刀具磨损的影响

4．2．3 背吃刀量对刀具磨损的影响

4．3 刀具磨损寿命建模

4．3．1 实验方案及数据分析

4．3．2 影响刀具磨损因素重要程度判别

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢