鈦合金Ti6Al4V激光加熱輔助車削過程的仿真分析與實驗研究.pdf

1、鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金，具有比強度高、熱強度高、低溫性能好、耐腐蝕能力強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、化工等行業(yè)。但是由于鈦合金的導(dǎo)熱性差、化學(xué)活性高等性能特點，導(dǎo)致其切削加工時切削溫度高、刀具磨損快，是典型的難加工金屬，故其大規(guī)模應(yīng)用受到了加工效率和加工成本的制約，因此探究鈦合金的新型加工技術(shù)、改善其加工性能具有重要的研究意義。激光加熱輔助切削技術(shù)是一種新型的混合加工技術(shù)，可以降低切削力和切削能量、延長刀具使用壽

2、命、提高加工表面質(zhì)量。目前國內(nèi)激光輔助加工技術(shù)的研究主要集中在陶瓷材料領(lǐng)域，研究方法多局限于實驗研究。本文采用有限元仿真和實驗相結(jié)合的方法，針對應(yīng)用廣泛的Ti6Al4V鈦合金的激光輔助車削技術(shù)進行了研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　首先基于經(jīng)典傳熱學(xué)理論建立了激光預(yù)熱鈦合金的三維有限元模型，針對多組激光參數(shù)進行了數(shù)值仿真研究。采用實驗和仿真對比的方法，確定了鈦合金對激光能量的吸收率這一重要參數(shù)。通過比較仿真結(jié)果，分析了激光功率、激光移

3、動速度、光斑半徑和刀具/激光距離等加工參數(shù)對預(yù)熱溫度場的影響，并選取了合適的加工參數(shù)用于后續(xù)的切削過程仿真和實驗研究。
　　基于Johnson-Cook材料本構(gòu)模型和對應(yīng)的斷裂準(zhǔn)則，建立了正交車削鈦合金工件的完全熱-力耦合有限元模型，進行了多組加工參數(shù)下傳統(tǒng)加工和激光輔助加工的仿真研究。通過分析仿真得到的應(yīng)力場、溫度場和切削力等結(jié)果，揭示了激光輔助加工改善加工狀態(tài)的機理，并分析了各加工參數(shù)對激光輔助切削效果的影響。
　　進行