基于DEFORM-3D的钛合金切削仿真研究.pdf

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1、第lO期组合机床与自动化加工技术NO．1O2014年lO月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueoct．20l4文章编号：1001—2265(2014)10—0135—03DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2014．10．037基于DEFORM一3D的钛合金切削仿真研究严帅，王明建，胡小康，陆益，任家隆(江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212000)摘要：以DEFORM．3D软件为平台，建立了特定切削三要素下TC4钛合金的三维车削有限元模型，探讨并比较了TC4钛合金在TiN、TiCN和Al，O三种涂层

2、刀具切削时切削力和刀具切削温度的变化规律，确定A1，O为TC4钛合金最适宜的刀具涂层材料，并对其进行车削用量参数优化，为实际工艺参数的选择提供了理论指导。关键词：DERORM．3D；TC4；刀具涂层；工艺参数中图分类号：TH162；TG506．7文献标识码：ATheVericutResearchofTitaniuinAlloyBasedonDEFORM·3DYANShuai，WANGMing-jian，HUXiao—kang，LUYi，RENJia—long(SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTech

3、nology，Zhe~iangJiangsu212000，China)Abstract：BasedontheDEFORM一3Dsoftware，the3DturningfiniteelementmodelofTitaniumalloyTC4underthespecifiedthreecuttingelementswasestablished．ChangingrulesofcuttingforceandtooltemperaturewhenTC4wascuttedbythecoatedcuttingtoolsofTiN、TiCandA12Owasexplored，andconfirme

4、dthattheoptimalcoatedcuttingtoolmaterialwasA12O3．Atlast，thethreecuttingparameterswasoptimizedforit．Theresultsprovidedguidingsignificanceforthedeterminationofprocessparameters．Keywords：DERORM一3D；TC4；cuttingtoolcoating；processparameters或更高)、大应变(6～20或更高)和大应变率(10～0引言10s或更高)的情况下发生弹塑性流动。根据钛合金是航空航天工业中

5、应用广泛的一种难加工Prandt1．Reuss塑性流动理论：材料，加工时切削力大、刀具磨损严重、加工效率低。对于各向同性材料，硬化曲线的斜率H为：选择合理的刀具涂层材料和切削用量可有效抑制切削H，：_do"(1)力和切削温度的增加，是提高钛合金加工效率的有效d80途径之一。然而单纯依靠实验手段，不但耗时费力增式中：d为等效应力增量；do"为有效应力的微分。加生产成本，并且切削过程中的切削力与切削温度很物体内一点的总应变增量如由弹性应变增量难准确获得。如和塑性应变增量如两部分构成，即DEFORM．3D是一套基于有限元理论、金属塑性成如=d+d(2)形和工艺模拟的系统，能够获取切削过程中

6、某一时刻切引人Von．Mises屈服准则，式中的如与应力偏量削力、切削温度和刀具磨损量等重要数据]。文中借助or之间的关系为：DEFORM-3D对TC4钛合金工件进行了三种常用涂层)=d(3)材料刀具在特定切削参数下的有限元数值车削模拟，并对各工艺参数下的切削力和刀具切削温度进行了对比式中：d为等效应变增量；of为有效泛函。分析，为实际加工参数的优化提供了理论依据。综合式(1)～(3)，可得到切削变形时的弹塑性增1仿真模型的建立量的本构关系方程为：1．1弹塑性应力模型ds：++÷等(4)切削过程中，工件材料容易在高温(200～1000~(2式中：为泊松比；E为弹性模量；ij为Kron

7、eeker记收稿日期：2014—0l—o6；修回日期：2014—02一O3基金项目：国家自然科学基金资助项目(50845064)作者简介：严帅(1989一)，男，江苏泰兴人，江苏科技大学硕士研究生，研究方向为CAD／CAE、绿色加工技术，(E—mail)yanshuaishangxin@sina．2014年10月严帅，等：基于DEFORM．3D的钛合金切削仿真研究·137·表3刀具切削温度正交试验结果毒R襄。图3三种涂层刀具各模拟试验下的主切削力比较由图1