顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料(PTMCs)具有比強(qiáng)度高、耐高溫性與耐腐蝕好等優(yōu)異性能,在航空航天領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。但是,PTMCs也屬于典型的難加工材料,在砂輪磨削過程中容易發(fā)生增強(qiáng)顆粒破碎/脫落等現(xiàn)象,對獲得好的加工表面質(zhì)量造成不利影響。目前雖然已有PTMCs高速磨削力、磨削溫度、磨削表面形貌等方面研究的相關(guān)報導(dǎo),但磨削過程中材料的去除機(jī)理、特別是增強(qiáng)顆粒去除的影響因素與作用機(jī)制并不明確,導(dǎo)致現(xiàn)階段的PTMCs高速磨削工藝優(yōu)化缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)的支持。有鑒于此,本文提出開展顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材高速磨削材料去除機(jī)理研究,通過將有限元仿真與磨削實(shí)驗相結(jié)合,闡明了TiCp/Ti-6Al-4V鈦基復(fù)材高速磨削加工過程中材料的去除行為,揭示了磨削工藝參數(shù)和磨粒前角對磨削力、磨削過程中增強(qiáng)顆粒去除行為、以及工件材料應(yīng)力場的影響規(guī)律與作用機(jī)制。研究成果有助于深化對顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材高速磨削材料去除機(jī)理的理解,對于實(shí)現(xiàn)PTMCs的高品質(zhì)加工具有重要意義。本文的主要研究工作與取得的成果如下:(1)通過表征單層釬焊砂輪工作面上CBN磨粒形貌和PTMCs工件材料的微觀形貌,再結(jié)合模型裝配技術(shù)建立了PTMCs材料高速磨削有限元仿真的幾何模型。在此基礎(chǔ)上,合理設(shè)置了仿真參數(shù),確定了工件材料的本構(gòu)模型和分離準(zhǔn)則,由此建立了PTMCs高速磨削有限元仿真模型。(2)通過對比分析磨削實(shí)驗與有限元仿真獲得的高速磨削PTMCs過程中的單顆磨粒磨削力,確證了本文所建有限元仿真模型的準(zhǔn)確性。同時,闡明了磨削參數(shù)與磨粒前角對磨削力的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)PTMCs磨削過程中的磨削力可分為兩個區(qū)域:基體去除區(qū)域和增強(qiáng)顆粒去除區(qū)域。在增強(qiáng)顆粒去除區(qū)域,磨削力波動現(xiàn)象顯著。(3)探明了單顆磨粒磨削條件下工藝參數(shù)對高速磨削PTMCs過程中基材與增強(qiáng)相內(nèi)部應(yīng)力分布及其演化的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)PTMCs的磨削去除行為可以分為四個階段。揭示了磨粒前角、單顆磨粒切厚、磨削速度對材料去除的影響規(guī)律與作用機(jī)制。最后,建立了兩顆磨粒依次磨削PTMCs的有限元仿真模型,闡明了實(shí)際砂輪磨削過程中TiC增強(qiáng)顆粒的裂紋形成與破碎失效行為,與實(shí)驗結(jié)果相符。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG580.6;TB333
【文章目錄】：
摘要
abstract
注釋表
第一章 緒論
    1.1 課題來源與研究意義
    1.2 顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)材性能與制備技術(shù)現(xiàn)狀
    1.3 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)材機(jī)械加工研究現(xiàn)狀
        1.3.1 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)材切削研究現(xiàn)狀
        1.3.2 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)材磨削研究現(xiàn)狀
    1.4 顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)材切削/磨削有限元仿真研究現(xiàn)狀
    1.5 本課題主要研究內(nèi)容
第二章 PTMCs高速磨削的仿真模型建立
    2.1 磨削過程有限元仿真的理論基礎(chǔ)
    2.2 PTMCs磨削仿真幾何模型的建立
        2.2.1 PTMCs磨削仿真的磨粒幾何模型
        2.2.2 PTMCs磨削仿真的工件幾何模型
    2.3 PTMCs磨削仿真模型參數(shù)的確定
        2.3.1 PTMCs材料的本構(gòu)模型
        2.3.2 切屑分離準(zhǔn)則
        2.3.3 網(wǎng)格劃分技術(shù)
        2.3.4 摩擦模型的選擇
        2.3.5 邊界條件的設(shè)定
    2.4 本章小結(jié)
第三章 PTMCs單顆磨粒高速磨削力分析
    3.1 PTMCs高速磨削實(shí)驗
        3.1.1 實(shí)驗材料
        3.1.2 實(shí)驗設(shè)備與條件
    3.2 PTMCs單顆磨粒磨削力仿真與驗證
        3.2.1 單顆磨粒實(shí)驗?zāi)ハ髁Φ挠嬎惴椒?br>        3.2.2 單顆磨粒仿真磨削力的計算方法
        3.2.3 PTMCs單顆磨粒磨削力仿真結(jié)果的驗證與分析
    3.3 磨削過程中單顆磨粒磨削力的波動
    3.4 本章小結(jié)
第四章 PTMCs高速磨削過程的應(yīng)力場與材料去除行為分析
    4.1 PTMCs材料去除過程與應(yīng)力場仿真分析
    4.2 磨削參數(shù)對PTMCs材料去除過程的影響分析
        4.2.1 單顆磨粒切厚對PTMCs材料去除過程的影響
        4.2.2 磨削速度對PTMCs材料去除過程的影響
        4.2.3 磨粒前角對PTMCs材料去除過程的影響
    4.3 兩顆磨粒依次磨削對PTMCs材料去除過程的影響與驗證
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2886563