大直径薄壁圆筒件切削动态仿真及变形控制分析

摘要

钛合金大直径薄壁圆筒件，由于其质量轻、强度高的特点广泛应用于航空发动机。由于钛合金难切削，且薄壁件刚性差等，且在实际加工中，对薄壁件加工变形情况尚不明确，工艺、装夹等只能凭借经验而定，因此工件经常会出现尺寸超差的问题，甚至报废。
　　本文利用有限元方法，分别从静力学分析和动态切削仿真分析的角度，对工件加工过程中车削和铣削情况进行分析，得到工件在切削加工过程中的变形趋势与规律，并提出变形控制的方法。本文通过对钛合金Ti-6Al-4V薄壁圆筒结构件的动态车削和铣削仿真分析，主要得到以下研究成果:
　　Ti-6Al-4V的切削力。分别用理论计算的方法和切削仿真的方法得到钛合金材料的车削力和铣削力。通过几种切削力计算方法的比较分析，得到准确性较高的钛合金材料的车削和铣削三向力。同时，利用动态切削仿真的方法，得到钛合金的车削和铣削三向力，对其结果相互验证。
　　薄壁圆筒件的静力学分析。建立了薄壁圆筒件有限元静力学模型。利用理论计算得到的切削力，对薄壁圆筒件进行静力学分析，得到薄壁件在静力学分析中应力和变形趋势。
　　薄壁圆筒件的车削仿真和铣削仿真。建立了薄壁结构件车削和铣削的温度——位移动态仿真模型。根据实际加工的装夹和工艺情况，对薄壁件车削和铣削情况进行动态模拟。得到了工件在切削过程中切削力、应力、变形、温度场随切削进行的变化规律。
　　薄壁件变形控制分析。通过对静力学和动态仿真结果的对比、验证分析，得到薄壁件的变形状况与规律。对钛合金薄壁圆筒件实际加工提出变形预防措施，提高工件的加工精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 存在的问题及课题的提出

1．4 论文的研究内容、拟解决的关键问题及技术思路

1．4．1 论文的研究内容

1．4．2 拟解决的关键问题

1．4．3 论文的技术思路

第2章 切削力的理论计算

2．1 金属切削基本理论研究

2．2 切削力的理论计算

2．2．1 经验公式计算方法

2．2．2 单位切削力法

2．2．3 企业软件计算

2．2．4 计算方法特征比较分析

2．2．5 钛合金切削力计算结果与实际工况分析

2．3 小结

第3章 大直径薄壁圆筒件有限元静力学分析

3．1 几何模型

3．2 约束模型

3．3 载荷模型

3．4 车削情况下有限元模型的建立

3．4．1 单元类型选择

3．4．2 材料属性定义

3．4．3 网格划分

3．4．4 施加约束

3．4．5 施加载荷

3．4．6 结果显示与分析

3．5 铣削情况有限元模型建立

3．6 小结

第4章 大直径薄壁圆筒件动态切削模拟分析

4．1 有限元模拟的关键技术

4．1．1 Johnson-Cook塑性本构模型

4．1．2 切屑与工件的分离准则

4．1．3 工件与刀具的接触设置

4．1．4 局部网格划分技术

4．2 大直径薄壁圆筒件车削动态仿真

4．2．1 几何模型建立

4．2．2 材料模型建立

4．2．3 接触设置

4．2．4 约束模型建立

4．2．5 切削参数设置

4．2．6 网格划分

4．2．7 车削过程模拟

4．2．8 车削仿真结果及分析

4．3 大直径薄壁圆筒件铣削动态仿真

4．3．1 几何模型建立

4．3．2 材料模型设置

4．3．3 接触模型设置

4．3．4 约束模型建立

4．3．5 切削参数设置

4．3．6 网格划分

4．3．7 铣削过程模拟

4．3．8 铣削仿真结果分析

4．4 小结

第5章 数据对比与加工变形控制分析

5．1 切削力对比分析

5．2 工件加工变形对比分析

5．3 工件变形预防措施分析

5．3．1 合理布置工装

5．3．2 改善工艺方法

5．3．3 降低切削温度

5．4 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢