基于均匀和正交设计的钛合金高速切削仿真研究

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1、基于均匀和正交设计的钛合金高速切削仿真研究高雄伟林述温福州大学机械工程及自动化学院摘要：为了减少试验次数、提高效率，通过建立基于JC材料本构模型和绝热剪切失效准则的二维切削仿真模型，运用有限元ABAQUS软件在试验前对钛合金TC4进行高速切削模拟。对比均匀和止交两种设计方法在揭示切削参数对表面粗糙度影响规律中的优缺点，为试验研究优选一种设计方法，同时也揭示仿真中切削速度、进给量和轴向切削深度3个切削参数在高速切削条件下对表面粗糙度的影响规律，为试验加工研究切削参数对表面粗糙度的影响规律奠定基础。关键词：钛合金;切削仿真;表面粗糙度;均匀和

2、正交设计;影响规律;作者简介：高雄伟（1991-）,男，福建宁德人，硕士研究生，研究方向:难加工材料钛合金TC4高速切削机理及加工表面粗糙度影响规律研究。收稿日期：2016-03-15SimulationResearchonHighSpeedCuttingTitaniumAlloyBasedonUniformandOrthogonalDesignGAOXiongweiLINShuwenSchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,FuzhouUniversity;Abstract：Inorderto

3、reducetheexperimenttimesandimproveefficiency,thetwo-dimensionalcuttingsimulationmodelbasedonJCmaterialconstitutivemodelandadiabaticshearingfailurecriteriaisestablishedandfiniteelementsoftwareABAQUSisusedtosimulatehighspeedcuttingTC4beforethetest・Theadvantagcsemddisadvanta

4、gcsoftwodcsignmethodsarecomparedinrevealingtheinfluencelawofcuttingparametersonsurfaceroughness.Thebetterdesignmethodischosenastheexperimentalstudy.Andtheinfluencelawsofthecuttingparametersofcuttingspeed,feedandaxialcuttingdepthonsurfaceroughnessarerevealed・Thesimulationr

5、esultslaythefoundationforcxperimcntaistudyoftheinfluencelawofthecuttingparametersonsurfaceroughness.Keyword：titaniumalloy;cuttingsimulation;surfaceroughness;unifonnandorthogonaldesign;Influeneelaw;Received：2016-03-150引言钛合金因其具有良好的抵抗力和韧性、低密度和耐腐蚀性，而被广泛应用在航空航天等领域。有学者进行了钛合金高速切

6、削机理的试验研究以及切削参数对表面粗糙度影响规律的研究[1-3],但是高速切削试验平台的建立需要很多的成本和资源，试验结果也很大程度受设备等加工条件的影响。因此近几年对高速切削机理进行仿真模拟的研究也越来越多比21。针对在试验加工中可能会出现的问题,利用仿真切削方式来确定合理的试验影响因素组合方案，在揭示切削参数对表面粗糙度影响规律的前提下又可以减少试验次数。通过均匀和正交设计方法设计切削参数组合方案，使用ABAQUS软件仿真高速切削加工，分析比较两种设计方法在揭示切削参数对已加工表面粗糙度影响规律的优缺点。仿真切削的二维几何模型是基于J

7、ohnsonCook材料本构模型和绝热剪切失效准则建立的，不考虑材料和刀具参数的影响，根据其他学者试验研究的结果，仿真中考虑影响表面粗糙度Ra值的切削参数主要为切削速度Vc(200^470m/min)、每齿进给量化(0.0125、0・035mm/z)、轴向切削深度即(0.T1mm),计算表面粗糙度Ra值，即计算切削仿真后已加工表面节点的y坐标位移绝对值的算术平均值。根据两种设计方法仿真结果的优缺点，最终为试验加工优选一种合理的设计方法。1钛合金高速切削二维仿真模型的建立目前切削仿真研究屮采用的材料模型有许多，而其屮JohnsonCook模

8、型应用最为广泛。材料在切削仿真过程中不仅需要考虑因其自身材料属性而导致的应力与应变、应变率、温度的关系，还要考虑材料在切除过程如何使材料分离而形成切屑。JohnsonCook材料木构模型是一种