基于Abaqus的鈦合金切削仿真

1、基于Abaqus的鈦合金切削仿真,姓名：劉洋 學(xué)號：13721381 指導(dǎo)老師：戴春祥,目錄,一 鈦合金切削研究背景,鈦及其合金具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕與抗疲勞和焊接性能良好等優(yōu)良特性。目前鈦總產(chǎn)量的70%左右用于航空航天和軍事工業(yè)，包括軍用飛機(jī)、民用飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、航天器、人造衛(wèi)星殼體連結(jié)座、高強(qiáng)螺栓、燃料箱、導(dǎo)彈尾翼、彈頭殼體等1 。,鈦合金主要應(yīng)用,一 鈦合金切削研究背景,研究鈦合金的切削性能很有意義，因?yàn)椋?二 Abaqus軟件介紹,1978年，法國SIMULIA公司推出一款功能強(qiáng)大的有限元分析軟件Abaqus，它可以完成簡單的有限元分析和模擬非常龐大復(fù)雜的模型，尤其是解決工程中大

2、型模型的高度非線性問題4：,二 Abaqus軟件介紹,二 Abaqus軟件介紹,ABAQUS/Explicit（顯示非線性動態(tài)分析）適用的問題類型：,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,3.1 金屬切削過程,金屬切削過程是指刀具與工件相互作用形成切削的過程5。,圖3-1 切削過程示意圖,3.2 ABAQUS切削仿真 3.2.1建立模型,圖3-2 仿真模型圖,速度載荷,邊界條件,網(wǎng)格劃分,三 基于abaqus的金屬切削案例,鐵合金和刀具的材料參數(shù),三 基于abaqus的金屬切削案例,鐵合金和刀具的材料參數(shù),切削分離準(zhǔn)則：Johnson-cook剪切失效模型是基于單元積分點(diǎn)的等效塑性應(yīng)變，當(dāng)材料

3、實(shí)效參數(shù)超過1時(shí)，則假定為材料實(shí)效。如果在所有積分點(diǎn)材料發(fā)生失效，則該單元從網(wǎng)格中刪除。失效參數(shù)定義為78：,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,圖3-5 不同大小的網(wǎng)格劃分,圖3-6 不同網(wǎng)格劃分下的切削力與切削時(shí)間的關(guān)系圖,圖3-6可以看出，實(shí)驗(yàn)測量的切削力平均值為F，四種網(wǎng)格劃分下計(jì)算的切削力在F上下波動，網(wǎng)格4、6、8um模擬出的數(shù)值比較接近實(shí)驗(yàn)值，考慮到網(wǎng)格劃分原則，選取網(wǎng)格大小為8um，進(jìn)行仿真模擬9。,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,3.2.2 模型計(jì)算及后處理,圖3-7 scalar stiffness degradation（SDEG）尺寸剛度梯度 SDEG大于0.7

4、4時(shí)，開始出現(xiàn)斷裂,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,3.2.2 模型計(jì)算及后處理,圖3-8 刀具切削過程中切屑的尺寸剛度梯度,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,3.2.2 模型計(jì)算及后處理,圖3-9 刀具切削過程中，不同切削速度下的切屑的尺寸剛度梯度（刀具與切屑摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)u=0.7、進(jìn)給速度f=0.127mm/rev，切削速度Va=60m/min、 Vb=120m/min、 Vc=180m/min ）。,結(jié)論：速度越小，越不容易斷屑，從而形成帶狀切屑，此時(shí)切屑過程平穩(wěn)，切削力波動小，已加工表面的表面粗糙度值較小。,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,3.2.2 模型計(jì)算及后處

5、理,圖3-11 切削中，不同刀具前角a和進(jìn)給速度下的切屑的溫度分布（V=120m/min、摩擦系數(shù)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,結(jié)論：刀具前角越大，進(jìn)給速度越小，越不容易斷屑，從而形成帶狀切屑，此時(shí)切屑過程平穩(wěn)，切削力波動小，已加工表面的表面粗糙度值較小。,三 基于abaqus的鈦合金切削案例,3.2.2 模型計(jì)算及后處理,四 總結(jié),1、鈦合金在切削過程中，切削速度越小，進(jìn)給量越小，刀具前角越大，越不容易斷屑，從而形成帶狀切屑，此時(shí)切

6、屑過程平穩(wěn)，切削力波動小，已加工表面的表面粗糙度值較小。 2、用ABAQUS軟件可以很好地模擬鈦合金的切削過程，我們可以通過多次改變某一參數(shù)，分析該參數(shù)對切削過程的影響，從而優(yōu)化鈦合金的切削過程。,參考文獻(xiàn),1 李梁，孫健科，孟祥軍.鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景.鈦工業(yè)進(jìn)展，2004（9）：第21卷. 2 魏飛，熊運(yùn)昌.金屬切削加工性能淺析.南陽理工學(xué)院.制造技術(shù)與工藝,2005（7）. 3 劉靜安.鈦合金的特性與用途.有色金屬加工.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 張建華,丁磊.ABAQUS基礎(chǔ)入門與案例精通. 電子工業(yè)出版社，2012（6）. 6 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社,2007（12）. 7 劉加富、張洪才、亓俊紅、任懷偉.基于 ABAQUS的二維金屬切削有限元分析.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 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