本文關鍵詞：Ti-6Al-4V鈦合金加工性能研究

  更多相關文章： Ti-6Al-4V鈦合金 切削仿真 車削實驗 預測模型 參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：鈦合金因為具有良好的力學性能和化學性能而在航空航天、軍事船艦等行業(yè)中被廣泛應用,在醫(yī)學、汽車行業(yè)中應用也十分常見。但是從現(xiàn)場使用情況看來,鈦合金的加工表面質量極大地影響著零件的耐腐蝕性能和疲勞壽命,由于加工質量而引起的鈦合金失效的現(xiàn)象也屢屢發(fā)生。然而,鈦合金材料塑性大、硬度高、加工硬化現(xiàn)象嚴重使其在切削加工中表面質量難以提高。論文以Ti-6Al-4V鈦合金為研究對象,對其在不同的切削參數(shù)下進行了有限元分析和實驗研究,得出了在滿足表面質量要求的前提下具有最高加工效率的參數(shù)組合。還對其進行了電火花線切割加工實驗,分析了影響Ti-6Al-4V鈦合金的表面質量的電參數(shù)。首先通過對國內外研究金屬切削的研究進行大量的調研,分析了金屬切削仿真的關鍵所在。在此基礎上,利用專門研究金屬切削的有限元分析軟件AdvantEdge建立了K類硬質合金刀具車削Ti-6Al-4V鈦合金的二維有限元模型,模擬分析了切削力、切削溫度和殘余應力隨切削用量參數(shù)和刀具幾何參數(shù)的變化規(guī)律。為研究鈦合金材料加工表面質量隨切削參數(shù)的變化規(guī)律,進行了Ti-6Al-4V鈦合金的車削實驗,得到了正交試驗條件下的表面粗糙度值和切削溫度值,并分析了切削用量參數(shù)對它們的影響規(guī)律,將實驗得到的規(guī)律與仿真得到的規(guī)律進行對比分析；同時進行了電火花線切割Ti-6Al-4V鈦合金棒料端面實驗,觀察分析了不同電參數(shù)下的工件表面質量,并與車削實驗進行對比。以Box-Behnken方法設計了面向表面粗糙度的車削實驗方案,并以此實驗數(shù)據(jù)為基礎,通過多項式響應面法擬合出表面粗糙度的預測模型。以預測模型為約束條件,以金屬切除率為目標函數(shù),以切削用量的取值范圍為邊界條件,通過多島遺傳算法進行了面向已加工表面粗糙度的切削參數(shù)優(yōu)化,得到了在相應約束值下的最優(yōu)切削參數(shù)組合。
【關鍵詞】：Ti-6Al-4V鈦合金 切削仿真 車削實驗 預測模型 參數(shù)優(yōu)化
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG506;TG661
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-21
• 1.1 研究背景8-10
• 1.2 金屬切削加工國內外研究現(xiàn)狀10
• 1.3 鈦合金材料切削性能研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3.1 鈦合金材料切削國外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3.2 鈦合金材料切削國內研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 鈦合金電火花加工的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4.1 鈦合金材料電火花加工國外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4.2 鈦合金材料電火花加工國內研究現(xiàn)狀15
• 1.5 金屬切削及有限元仿真理論15-18
• 1.5.1 金屬切削過程16
• 1.5.2 有限元分析方法原理簡介16-18
• 1.5.3 有限元分析過程18
• 1.6 本論文的主要內容和意義18-20
• 1.7 本章小結20-21
• 第2章 TC4鈦合金車削過程有限元仿真21-49
• 2.1 AdvantEdge軟件簡介21-23
• 2.1.1 AdvantEdge組成21-22
• 2.1.2 AdvantEdge特征22
• 2.1.3 AdvantEdge優(yōu)勢22-23
• 2.2 切削仿真研究內容23-25
• 2.2.1 切削力23-24
• 2.2.2 切削溫度24
• 2.2.3 殘余應力24-25
• 2.3 鈦合金切削仿真建模25-29
• 2.3.1 材料本構模型和參數(shù)25-26
• 2.3.2 刀具及其幾何角度參數(shù)的設置26-27
• 2.3.3 單元網(wǎng)格設置27-28
• 2.3.4 仿真設計28-29
• 2.4 改變切削用量的切削過程仿真29-40
• 2.4.1 進給量對切削力的影響31-32
• 2.4.2 進給量對切削溫度的影響32-33
• 2.4.3 背吃刀量對切削力的影響33
• 2.4.4 背吃刀量對切削溫度的影響33-34
• 2.4.5 切削速度對切削力的影響34-35
• 2.4.6 切削速度對切削溫度的影響35-36
• 2.4.7 切削用量參數(shù)對殘余應力的影響36-40
• 2.5 改變刀具參數(shù)的切削過程仿真40-47
• 2.5.1 刀具前角對切削力的影響40
• 2.5.2 刀具前角對溫度的影響40-42
• 2.5.3 刀具后角對切削力的影響42
• 2.5.4 刀具后角對溫度的影響42-44
• 2.5.5 刀刃鈍圓半徑對切削力的影響44
• 2.5.6 刀刃鈍圓半徑對溫度的影響44-46
• 2.5.7 刀具幾何參數(shù)對殘余應力的影響46-47
• 2.6 本章小結47-49
• 第3章 TC4鈦合金切削加工實驗研究49-78
• 3.1 實驗設備及相關材料49-52
• 3.1.1 工件材料49
• 3.1.2 切削刀片49-50
• 3.1.3 實驗設備與測量儀器50-52
• 3.2 實驗方案設計52-56
• 3.2.1 單因素實驗52-53
• 3.2.2 正交試驗53-56
• 3.3 實驗結果56-75
• 3.3.1 切削力實驗56-61
• 3.3.2 表面粗糙度實驗61-65
• 3.3.3 已加工表面硬度實驗65-68
• 3.3.4 切削溫度實驗68-72
• 3.3.5 鈦合金切屑形態(tài)研究72-75
• 3.4 實驗規(guī)律與仿真規(guī)律對比75-77
• 3.5 本章小結77-78
• 第4章 面向表面粗糙度的切削參數(shù)優(yōu)化78-85
• 4.1 Design-Expert軟件簡介78-79
• 4.2 多項式響應面方法簡介及模型建立79-82
• 4.3 遺傳算法簡介82-83
• 4.4 切削參數(shù)優(yōu)化模型及結果83-84
• 4.5 本章小結84-85
• 第5章 TC4鈦合金電火花加工實驗研究85-89
• 5.1 實驗設備與測量儀器85-86
• 5.2 實驗方案與結果86-87
• 5.3 實驗結果分析與對比87-88
• 5.4 本章小結88-89
• 第6章 結論與展望89-92
• 6.1 結論89-90
• 6.2 展望90-92
• 致謝92-93
• 參考文獻93-99
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及參與的科研項目99

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本文編號：650210