基于ABAQUS仿真的钛合金螺旋铣孔工艺参数对孔质量的研究

摘要

钛合金起源于上世纪60年代两个超级大国之间的军备竞赛，之后更是促进了材料的兴起与发展。由于钛合金卓越的物理化学属性，使得钛合金在各个领域备受欢迎，但也由于这个原因，使得钛合金的加工一直都是业界的难点所在，尤其是对钛合金的制孔，原先的制孔经验已经跟不上当下对钛合金制孔效率的要求。此时螺旋铣孔技术应运而生，但由于螺旋铣孔的三维仿真研究比较少见，因此本文的工作目的是为了综合提升钛合金螺旋铣孔实验技术，采用了ABAQUS对钛合金螺旋铣孔进行三维仿真，并结合仿真加工工艺参数对钛合金进行实际加工，研究其加工工艺参数对孔质量的影响。
　　以仿真结合实验为研究方法，首先分析计算了仿真所需要的切削参数，应用Solid Works设计了YG8合金立铣刀模型。之后，运用三维有限元仿真软件ABAQUS建立了钛合金螺旋铣削的模型，为保证仿真与实际相近，特别的采用边界载荷条件配合solt+cardan连接器的方式完成螺旋铣孔的运动仿真，以切向每齿进给量、主轴转速、螺距、公转转速为切削工艺参数，依靠ABAQUS有限元软件中的Explicit显式求解器经行数据仿真验证，最终获得仿真参数。最后，构建以汉川XK714D数控加工中心为实验平台，综合运用切削力测力仪，数据采集器等为辅助设备对Ti-6Al-4V进行多组正交实验，将监测到的切削力与仿真值进行对比分析，针对加工的颤振问题提出并验证了若干抑制该现象的方式方法。同时，利用六分量测力仪，粗糙度检测仪以及超景深放大镜等对所加工的Ti-6Al-4V孔进行质量分析。
　　通过以上实验得出，钛合金螺旋铣孔的轴向力影响由大到小的顺序分别为:螺距＞主轴转速＞切向每齿进给量＞公转转速;采用不等齿间角的刀具进行加工能够有效抑制加工过程中的颤振现象;螺旋铣孔工艺可以将钛合金的制孔粗糙度稳定在0.4～0.8um的区间内，影响粗糙度的主要工艺参数是螺距;所加工出来的孔径相比理论值均偏小，而切向每齿进给量是影响孔径误差的主要工艺参数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 有限元方法研究

1．2．2 钛合金制孔的研究

1．2．3 螺旋铣孔工艺研究

1．3 本文内容及结构

第二章 工艺理论基础以及实验平台的搭建

2．1 钛合金铣孔难点

2．2 螺旋铣孔运动理论分析

2．2．1 螺旋铣孔工艺原理

2．2．2 螺旋铣孔运动学分析

2．3 螺旋铣孔设备介绍和实验平台的搭建

2．3．1 硬件设备

2．3．2 软件设备

2．4 本章小结

第三章 基于ABAQUS的钛合金螺旋铣孔仿真

3．1 仿真流程

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 螺旋铣孔刀具模型简化

3．2．2 材料本构模型

3．2．3 Johnson-Cook剪切失效模型

3．2．4 切屑分离准则

3．2．5 摩擦接触模型

3．3 仿真分析

3．3．1 仿真模型的建立

3．3．2 切削力分析

3．3．3 应力场分析

3．3．4 应变场分析

3．3．5 仿真结论

3．4 本章小结

第四章 Ti-6Al-4V螺旋铣孔参数实验

4．1 螺旋铣孔实验设计

4．1．1 切削力采集试验

4．1．2 钛合金螺旋铣孔工艺切削实验

4．1．3 切削参数对切削力的影响

4．2 仿真结果与试验验证

4．2．1 仿真与实验切削力趋势分析

4．2．2 切削力的比较分析

4．2．3 误差存在的原因

4．3 螺旋铣孔中加工参数的影响

4．3．1 不同切削参数对钛合金螺旋铣孔表面粗糙度的影响

4．3．2 切削参数对钛合金螺旋铣孔孔圆度的影响

4．3．3 切削参数对钛合金螺旋铣孔孔径误差的影响

4．3．4 切削参数对钛合金螺旋铣孔出入口毛刺的影响

4．4 螺旋铣孔工艺加工中颤振的解决

4．4．1 采用不等齿间角

4．4．2 预磨损实验刀具探索解决方式

4．4．3 优化装卡方式

4．4．4 探索添加冷却润滑液的解决方式

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢