基于Abaqus的钛合金切削仿真

基于Abaqus的钛合金切削仿真,姓名：刘洋学号：13721381指导老师：戴春祥,目录,一钛合金切削研究背景,钛及其合金具有密度小、强度高、耐腐蚀与抗疲劳和焊接性能良好等优良特性。目前钛总产量的70%左右用于航空航天和军事工业，包括军用飞机、民用飞机、航空发动机、航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼、弹头壳体等1。,钛合金主要应用,一钛合金切削研究背景,研究钛合金的切削性能很有意义，因为：,二Abaqus软件介绍,1978年，法国SIMULIA公司推出一款功能强大的有限元分析软件Abaqus，它可以完成简单的有限元分析和模拟非常庞大复杂的模型，尤其是解决工程中大型模型的高度非线性问题4：,二Abaqus软件介绍,二Abaqus软件介绍,ABAQUS/Explicit（显示非线性动态分析）适用的问题类型：,三基于abaqus的钛合金切削案例,3.1金属切削过程,金属切削过程是指刀具与工件相互作用形成切削的过程5。,图3-1切削过程示意图,3.2ABAQUS切削仿真3.2.1建立模型,图3-2仿真模型图,速度载荷,边界条件,网格划分,三基于abaqus的金属切削案例,铁合金和刀具的材料参数,三基于abaqus的金属切削案例,铁合金和刀具的材料参数,切削分离准则：Johnson-cook剪切失效模型是基于单元积分点的等效塑性应变，当材料实效参数超过1时，则假定为材料实效。如果在所有积分点材料发生失效，则该单元从网格中删除。失效参数定义为78：,三基于abaqus的钛合金切削案例,图3-5不同大小的网格划分,图3-6不同网格划分下的切削力与切削时间的关系图,图3-6可以看出，实验测量的切削力平均值为F，四种网格划分下计算的切削力在F上下波动，网格4、6、8um模拟出的数值比较接近实验值，考虑到网格划分原则，选取网格大小为8um，进行仿真模拟9。,三基于abaqus的钛合金切削案例,3.2.2模型计算及后处理,图3-7scalarstiffnessdegradation（SDEG）尺寸刚度梯度SDEG大于0.74时，开始出现断裂,三基于abaqus的钛合金切削案例,3.2.2模型计算及后处理,图3-8刀具切削过程中切屑的尺寸刚度梯度,三基于abaqus的钛合金切削案例,3.2.2模型计算及后处理,图3-9刀具切削过程中，不同切削速度下的切屑的尺寸刚度梯度（刀具与切屑摩擦系数摩擦系数u=0.7、进给速度f=0.127mm/rev，切削速度Va=60m/min、Vb=120m/min、Vc=180m/min）。,结论：速度越小，越不容易断屑，从而形成带状切屑，此时切屑过程平稳，切削力波动小，已加工表面的表面粗糙度值较小。,三基于abaqus的钛合金切削案例,3.2.2模型计算及后处理,图3-11切削中，不同刀具前角a和进给速度下的切屑的温度分布（V=120m/min、摩擦系数ua=0.7。（a）a=15、f=0.06mm/rev（b）a=6、f=0.06mm/rev（c）a=15、f=0.1mm/rev（d）a=4、f=0.1mm/rev,结论：刀具前角越大，进给速度越小，越不容易断屑，从而形成带状切屑，此时切屑过程平稳，切削力波动小，已加工表面的表面粗糙度值较小。,三基于abaqus的钛合金切削案例,3.2.2模型计算及后处理,四总结,1、钛合金在切削过程中，切削速度越小，进给量越小，刀具前角越大，越不容易断屑，从而形成带状切屑，此时切屑过程平稳，切削力波动小，已加工表面的表面粗糙度值较小。2、用ABAQUS软件可以很好地模拟钛合金的切削过程，我们可以通过多次改变某一参数，分析该参数对切削过程的影响，从而优化钛合金的切削过程。,参考文献,1李梁，孙健科，孟祥军.钛合金的应用现状及发展前景.钛工业进展，2004（9）：第21卷.2魏飞，熊运昌.金属切削加工性能浅析.南阳理工学院.制造技术与工艺,2005（7）.3刘静安.钛合金的特性与用途.有色金属加工.2002（8）.4J.D.PuertaVelasquez,B.Bolle,P.Chevrier,G.Geandier,A.Tidu,MetallurgicalstudyonchipsobtainedbyhighspeedmachiningofaTi6wt%Al4wt%Valloy.MaterialsScienceandEngineering:A452453(2007)469474.5张建华,丁磊.ABAQUS基础入门与案例精通.电子工业出版社，2012（6）.6卢秉恒.机械制造技术基础.机械工业出版社,2007（12）.7刘加富、张洪才、亓俊红、任怀伟.基于ABAQUS的二维金属切削有限元分析.机械设计与制造.2006（10）.8DonLesuer.ExperimentalInvestigationsofMaterialModelsforTi-6AL4Vand2024-T3.1999(5).9Y.C.Zhang,T.Mabrouki,D.Nelias,Y.D.Gong.Chipformationinorthogonalcuttingconsideringinterfacelimitingshearstressand