基于Deform的钛合金车削过程的切削温度的参数优化设计

摘要

随着机械基础制造业的发展和进步，切削加工方法在实际生产中得到了广泛应用。目前在切削加工的实践应用中，车削已成为最普遍的方式之一。车削过程是一个复杂的动态过程，随着科学和技术的发展和进步，普通材料车削机理在慢慢完善和成熟。但是对于还没有广泛应用的难加工材料的车削过程机理研究的不是很多。本文对于难加工材料钛合金(Ti6Al4V)的粗车过程中的刀具温度变化规律做了细致的研究。
　　在钛合金粗车过程中，车削温度是一个非常重要的物理参数。研究车削温度变化规律对于车削过程的认识、分析以及选择合理的切削参数具有现实的积极意义。本文研究了用YG15硬质合金刀具粗车Ti6Al4V过程中车削温度的变化规律，主要研究了切削用量三要素即切削速度、进给量、切削深度和刀具几何角度以及摩擦系数对车削过程中刀具温度的影响规律。具体的研究内容如下:
　　首先介绍了钛合金的性质和切削特点和研究内容的来源和意义，然后介绍了本文研究的主要内容和切削热的来源以及本文应用的有限元理论基础。
　　然后，以正交试验为基础，在确定切削用量三要素的基础上安排正交试验，并在Deform-3D中进行有限元模拟试验，主要研究在钛合金干粗车过程中切削用量对切削温度的影响规律，探讨切削用量三要素对钛合金车削过程中切削温度的影响程度，并得到切削温度与切削三要素的回归模型。
　　其次介绍了金属切削时的摩擦特点，确定金属切削时摩擦并不符合普通的物理学摩擦定律。其次再安排单因素试验也就是只改变摩擦系数在Deform-2D中进行有限元模拟试验并得到摩擦系数对钛合金粗车过程中切削温度的影响规律。最后介绍刀具角度并选取刀具前角、后角和刀尖圆弧作为试验因素安排单因素试验在Deform-2D中进行有限元模拟，研究在钛合金粗车过程中刀具角度变化时的切削温度变化的规律。
　　最后以切削温度以及材料切除体积为目标，综合考虑这两个因素利用理想点法进行优化。得到在钛合金粗车过程中较优的变量组合。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钛合金切削介绍

1．1．1 钛合金性能介绍

1．1．2 钛合金切削加工的普遍原则

1．2 切削温度的测量和研究现状

1．2．1 切削温度的测量方法

1．2．2 切削温度的研究现状

1．3 课题来源和意义

1．4 课题研究内容

1．5 本章小结

第二章 钛合金切削切削温度的产生及有限元仿真方法

2．1 切削温度的来源

2．1．1 切削热的产生

2．1．2 影响切削温度的要素

2．2 有限元理论及Deform软件介绍

2．2．1 有限元分析的基本思想

2．2．2 有限元静力分析的基本过程

2．2．3 Deform软件的基本介绍

2．2．4 Deform-2D、Deform-3D软件的主界面及模块结构

2．3 本章小结

第三章 切削用量对钛合金粗车刀具温度影响的有限元模拟分析

3．1 钛合金粗车过程切削温度的有限元模拟仿真

3．1．1 粗车Ti6Al4V切削用量范围及刀具选择

3．1．2 正交试验介绍

3．1．3 切削温度正交试验设计

3．1．4 有限元模型建立

3．2 钛合金粗车过程切削温度求解结果及分析

3．3 钛合金粗车过程切削温度试验数据处理

3．3．1 MATLAB软件概述

3．3．2 回归分析方法介绍

3．3．3 钛合金粗车切削温度回归结果的建立

3．3．4 钛合金粗车切削用量三要素的影响程度分析

3．4 本章小结

第四章 钛合金粗车中摩擦系数及刀具角度对车削温度影响的有限元分析

4．1 金属切削时的摩擦特点

4．2 摩擦系数对钛合金车削中刀具温度影响的有限元模拟

4．2．1 有限元建模模拟

4．2．2 对刀具温度后处理结果进行分析处理

4．3 刀具角度对车削温度影响的Deform-2D有限元模拟

4．3．1 刀具角度介绍

4．3．2 试验设计

4．3．3 试验点选取

4．3．4 有限元模拟

4．3．5 刀具角度对刀具温度影响模拟结果分析

4．4 本章小结

第五章 钛合金粗车过程参数多目标优化

5．1 最优化问题

5．1．1 最优化问题概念

5．1．2 最优化问题分类

5．1．3 最优化问题的求解步骤和数学模型

5．2 优化数学模型建立

5．2．1 设计变量

5．2．2 目标函数的确定

5．2．3 设计约束

5．3 钛合金粗车切削用量的多目标优化算例

5．3．1 理想点法介绍

5．3．2 优化求解

5．3．3 优化结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢