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(duì)典型難加工材料鈦合金與鎳基合金，進(jìn)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(yīng)力、應(yīng)變等物理現(xiàn)象變化情況，揭示微觀結(jié)構(gòu)對(duì)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(shè)計(jì)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(jìn)行了以下四個(gè)方面的研究:
　　首先，基于圖像處理技術(shù)進(jìn)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(shè)計(jì)和制備獲得了理想的試樣，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了SEM試驗(yàn);研究了材料微觀結(jié)構(gòu)數(shù)字化建模的基礎(chǔ)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(xué)方法;進(jìn)一步對(duì)SEM圖像進(jìn)行了數(shù)字化圖像分割、圖像噪聲消除、形態(tài)學(xué)處理等預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)了微觀結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(jìn)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(duì)實(shí)際高速切削

3、過程的分析和簡(jiǎn)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(yīng)變率、大應(yīng)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(shí)驗(yàn)獲得了Johnson-Cook本構(gòu)模型參數(shù)，在此基礎(chǔ)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(duì)鈦合金高速切削過程進(jìn)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(duì)切屑成形、切削力、切削溫度等方面的影響規(guī)律。
　　進(jìn)而，為了驗(yàn)證有限元仿真結(jié)果，開展了鈦合金直角切削實(shí)驗(yàn)研究。根據(jù)正交切削力學(xué)特性設(shè)計(jì)了直角銑削實(shí)驗(yàn)，開發(fā)了實(shí)驗(yàn)專用裝置，包括試件底座、試件和刀具三部分，測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與鈦合金高速切削有限元仿真結(jié)果進(jìn)行了比較和分析，兩種結(jié)果的一致性驗(yàn)證了有限