融合宏微觀結(jié)構(gòu)特征的難加工材料高速切削有限元建模與仿真.pdf

1、針對典型難加工材料鈦合金與鎳基合金，進行融合宏微觀結(jié)構(gòu)特征的高速切削有限元建模與仿真研究，旨在通過難加工材料高速切削過程的有限元建模與仿真研究，深入了解和明確切削過程中的晶粒變形情況，以及應力、應變等物理現(xiàn)象變化情況，揭示微觀結(jié)構(gòu)對切削力、切削溫度等方面的影響規(guī)律，從而為材料的組分設計以及獲得不同晶粒結(jié)構(gòu)下的優(yōu)良切削加工效果提供理論依據(jù)。本文主要進行了以下四個方面的研究:
　　首先，基于圖像處理技術(shù)進行材料微觀結(jié)構(gòu)的數(shù)字化建模。通

2、過鈦合金金相試樣的設計和制備獲得了理想的試樣，在此基礎上進行了SEM試驗;研究了材料微觀結(jié)構(gòu)數(shù)字化建模的基礎理論，論述了數(shù)字圖像處理技術(shù)和數(shù)字圖像處理的形態(tài)學方法;進一步對SEM圖像進行了數(shù)字化圖像分割、圖像噪聲消除、形態(tài)學處理等預處理，實現(xiàn)了微觀結(jié)構(gòu)較為復雜的鈦合金SEM圖像的數(shù)字化建模。該部分研究為高速切削有限元仿真分析提供了可靠的數(shù)字化模型。
　　然后，進行了融合宏微觀結(jié)構(gòu)的鈦合金高速切削有限元建模與仿真。通過對實際高速切削

3、過程的分析和簡化建立了鈦合金高速切削有限元模型;考慮高速切削過程材料的高應變率、大應變、高溫特征，引入Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系模型描述材料的劇烈變化性能，利用分離式霍普金森壓桿(SHPB)實驗獲得了Johnson-Cook本構(gòu)模型參數(shù)，在此基礎上構(gòu)建了高速切削過程中的鈦合金本構(gòu)關(guān)系模型;借助有限元軟件ABAQUS對鈦合金高速切削過程進行了仿真分析，獲得了融合宏微觀結(jié)構(gòu)特征下的高速切削切削力和切削溫度數(shù)據(jù)，分析了鋸齒狀切屑的形成過

4、程，構(gòu)建了高切削過程中切削力和切削溫度變化規(guī)律曲線，論述了鈦合金晶粒變形情況及其對切屑成形、切削力、切削溫度等方面的影響規(guī)律。
　　進而，為了驗證有限元仿真結(jié)果，開展了鈦合金直角切削實驗研究。根據(jù)正交切削力學特性設計了直角銑削實驗，開發(fā)了實驗專用裝置，包括試件底座、試件和刀具三部分，測量了鈦合金直角切削力和切削溫度，分析了切削力和切削溫度變化規(guī)律，將實驗結(jié)果與鈦合金高速切削有限元仿真結(jié)果進行了比較和分析，兩種結(jié)果的一致性驗證了有限