基于Abaqus的钛合金切削仿真

1、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

2、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,3.2 ABAQUS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

3、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3-7 scalar stiffness degradation（SDEG）尺寸刚度梯度 SDEG大于0.7

4、4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

5、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

6、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）. 4 J.D.Puerta Velasquez,B.Bolle,P.Chevrier,G.Geandier,A.Tidu, Metallurgica

7、l study on chips obtained by high speed machining of a Ti6 wt%Al4 wt% Valloy. Materials Science and Engineering: A 452453 (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）. 8 Don Lesuer. Experimental Investigations of Material Models for Ti-6AL4V and 2024-T3. 1999(5). 9 Y.C. Zhang , T. Mabrouki , D. Nelias , Y.D. Gong . Chip formation in orthogonal cutting considering interface limiting shear stress and damage evolu