基于微织构刀具的钛合金切削过程切削力的研究

摘要

高强度、低密度、优良的耐腐蚀性等主要性能使钛合金在很多领域受到青睐，广泛应用于航空、医疗化学等领域。但由于钛合金的难加工性，使切削刀具在钛合金加工过程中磨损严重，耐用度低，限制切削加工效率的提高。而摩擦学相关的研究发现，具有一定纹理的非光滑表面反而具有更好的减磨作用，合理的微织构形貌和参数可以起到良好的减磨作用。本文在销试样的表面加工沟槽型微织构，进行销盘摩擦磨损试验，研究微织构对 YG8/TC4摩擦性能的影响。利用有限元法对钛合金切削过程进行仿真建模，研究微织构刀具在钛合金切削过程中主切削力的变化规律。本文主要从以下几个方面进行研究：
　　首先，利用激光打标机在销试样表面加工出微织构，通过无微织构与有微织构的销试样与钛合金组成的摩擦副进行摩擦磨损试验，发现微织构有良好的减磨效果。选择不同尺寸参数微织构的销试样与钛合金进行摩擦磨损试验，研究不同微织构参数对减磨效果的影响。
　　其次，利用有限元软件ABAQUS构建硬质合金切削钛合金的二维仿真模型，并进行钛合金的切削实验，验证模型的正确性。对有微织构的刀具切削钛合金的过程进行仿真，并与无微织构的刀具切削钛合金的仿真进行对比，分析刀具应力分布情况，切削力的变化规律，以及对等效塑性应变产生的影响。
　　最后，研究切削力关于微织构尺寸参数的变化规律。通过单因素试验确定各变量的取值范围，进行中心复合试验，得出主切削力关于微织构参数的预测模型，利用响应曲面法分析主切削力随微织构参数变化的规律。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2钛合金的切削加工性及研究现状

1.3表面微织构的应用及研究现状

1.4有限元技术的研究现状

1.5课题研究目的和意义

1.6本文主要研究内容

第二章 微织构的设计与加工

2.1微织构加工技术

2.2微织构试样的制备

2.3本章小结

第三章 销盘摩擦磨损试验研究

3.1擦磨损试验设备与方案

3.2摩擦磨损试验结果分析

3.3微织构减磨机理分析

3.4本章小结

第四章 基于ABAQUS的表面微织构刀具切削钛合金的仿真模型

4.1 ABAQUS软件介绍

4.2切削力的来源

4.3切削过程有限元模型的构建

4.4有限元仿真模型验证

4.5微织构刀具切削仿真结果与分析

4.6本章小结

第五章 基于中心复合试验的切削力预测模型的构建

5.1响应曲面法的理论

5.2中心复合试验

5.3响应曲面分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢