基DEFORM3D钛合金车削加工程分析
基DEFORM3D钛合金车削加工程分析
摘
钛合金具出色机械性良惰性化学性钛合金飞机火箭轮船医疗器械等领域着广泛运钛合金材料出色物理化学特点加工困难成行业出名材料设计通deform3D限元模拟软件车削钛合金加工程进行仿真模拟建立出钛合金刀具模型材料模型刀具磨损模型里认真写写研究容做什里写太省略
刀具参数车削素进行分析选择相应三参数通正交设计实验方法设计车削模拟出相应模型方案通DEFORM3D软件出参数方案进行分析出结果通结果数分析发现切削刀具参数切削量钛合金加工时切削热度切割力影响切削素变时刀具角度前角切削力影响角容屑槽影响前角角切削温度影响相等容屑槽刀具拥相参数时影响切削热度切削力度素切割速率进速度进深度
关键词：容屑槽尺寸前角角切削力刀具参数钛合金
2020届
目 录
1 绪 1
11设计目意义 2
12设计国外发展概况存问题 2
13设计应解决问题 3
2基DEFORM3D钛合金车削加工程分析 4
21限元模型建立 4
22刀具参数切削力切削温度影响三维正交实验设计 9
221 钛合金车削参数选择 9
222 正交设计变量确定 9
223正交试验设计方案 9
224处理结果分析 10
225数分析处理 13
23切削量切削温度切削力影响三维正交试验分析 16
231 钛合金车削参数选择 16
232 正交设计变量确定 16
233正交实验安排 17
234处理结果分析 18
235数分析处理 21
3结 23
参考文献 24
谢 辞 25
文结构太乱先逻辑关系面批注里序写
1 绪绪
世纪50年代初钛合金开发成种结构重金属具出色机械性良惰性化学性金属世纪50年代60年代发展成航天领域里重结构金属规模制造飞机70年代初钛合金耐腐蚀性提升层次钛合金开发现钛合金防腐蚀性机械物理性极发展现钛合金领域里运特航天航空领域国防领域钛合金作重结构金属材料钛合金硬度机械性韧性十分时钛合金优秀特点工艺处理切割性十分差钛合金生产程十分复杂加工钛合金程中时候会出现切削热度高挤压变形太导致部分区域切削力刀具极易破坏出现刀具加工寿命度低难保证加工出金属质量等问题通车削程分析钛合金车削时切削热度切削力进提升刀具加工寿命改善加工质量分析车削钛合金加工普遍极效方法通现实实际机床加工钛合金话实验需耗费高昂费时需消耗量实验时间通计算机仿真模拟软件DEFORM仿真车削钛合金程常方法
DEFORM限元分析系统专门研究模拟金属塑性成形开发出套软件美国SFTC公司创利计算机算法构造实际加工条件快速出加工结果电脑模拟整加工程样少量成完成实际加工降低加工生产需材料成加快分析设计新产品分析时间DEFORM三模块组成：前处理模块仿真模拟分析模块处理模块模块总成限元仿真系统套金属塑性加工热处理等模拟系统具体金属分析程中形成种金属三维流动温度变化电脑算法产生相应数文基DEFROM钛合金车削程进行模拟仿真研究钛合金加工程中刀具素切削量剪切力切削热度影响
素层次正交试验研究设计方法基伽罗瓦理设计方法原理：选择部分具重程度组合代全部试验组合分析部分重组合结果类推测出合适组合
11设计目意义
钛合金种国防领域工业领域中量新型重结构材料现世界国家研究降低钛合金性特点情况提高加工工艺水降低加工成推市场车削钛合金时硬度加工程变非常困难硬度会出现刀具切割金属粘连难切割钛合金高硬度难切削方面化学物理机械性间集成特征关键影响钛合金加工性钛合金加工成变非常昂贵通研究车削钛合金时切削温度切削力影响素根素影响程度优化车削程改进存问题降低加工成加快钛合金进入民工业领域进程国家掌握加工21世纪重金属钛合金着深远意义
车削钛合金时根切削温度切削力产生原理影响素分两部分：刀具参数切削素切削热度切削力度会刀具加工寿命破坏程度产生直接重影响钛合金工件加工精密度已切割表面品质着密切联系研究影响车削钛合金时切削力切削温度影响素影响程度着重意义提高加工效率延长刀具寿命十分重前提
通DEFORM软件模拟车削钛合金程限元法模拟车削程获影响数继续进行分析仅利更解钛合金切削加工特性优化加工钛合金刀具提高利数掌握钛合金车削变化特点实际加工程中增加刀具寿命提高加工效率车削钛合金优点发挥突出优秀物理特点根源减少车削钛合金成时提升钛合金物理性通DEFORM软件功模拟仿真需模型方案减少真实加工时间成降低材料费节省试验费实际加工生产提供数指导理支持
12设计国外发展概况存问题
国外钛合金车削程分析问题做研究特研究刀具加工寿命度破坏取相成果国南通职业学江苏东基DEFORM3D钛合金切削进行限元仿真天津理工学机械工程学院志祥等DEFORM3D软件分析切削车削钛合金温度变化进行限元研究江苏科技学机械工程学院严帅等正交实验设计方法DEFORM软件研究钛合金切削仿真兰州理工学张晓利DEFORM软件高速车削钛合金进行仿真研究
分析工件应力变形区域优化刀具提供理支持
国外Haci saglam等选前角角度分析车削钛合金时特点变化分析出钛合金刀具前角角度切削力度切削热度变化规律A Gente等研究切削速度车削钛合金影响速度达150960mmin时候切削力切削速度间联系关系国外做样车削钛合金实验通DEFORM软件模拟出钛合金车削程解钛合金特点车削时动净态变化分析钛合金车削时温度切削力变化
然国外通DEFORM模拟车削钛合金实验少运正交实验法方法模拟仿真少会时刀具参数切削素放起进行分析研究切削热度切削力度影响试验文实验通两三维正交实验找出刀具参数切削量重三参数进行三维正交实验分析出数通数分析刀具参数切削三素切削力度切削热度影响总结出规律加快实际加工生产时间降低时间花费成
13设计应解决问题
设计实验解决问题三部分：建立正确DEFORM模型建立三维正交实验方设计方案方案模拟仿真结果分析先序先建立正确模型然分析结果正确建立三维正交实验结果分析
建立正确DEFORM模型：通学DEFORM软件通查阅资料清楚钛合金物理特点车削钛合金需创建模型解车削钛合金时摩擦系数钛合金材料模型公式刀具破损模型公式利DEFORM软件根公式建立出需模型模拟仿真实验
建立三维正交实验方设计方案：通解车削金属时刀具切削量影响素找出重三素进行素参数选择选择合适参数进行三维正交实验出九模拟实验安排方案
方案模拟仿真结果分析：根出九方案DEFORM限元软件进行仿真模拟模拟出数通极差分析法分析出素车削钛合金时影响程度做出横出结
2基DEFORM3D钛合金车削加工程分析
设计分两部分部分刀具参数切削力度切削热度影响部分切削量切削力度切削热度影响DEFORM软件建立工件刀具模型根正交实验设计方法改变刀具参数切削素建立出刀具模型DEFROM软件刀具参数切削量条件确保变情况车削条件设置钛合金工件模型出切削热度切削力度数进行数分析
正交实验设计方法选取部分实验代全部实验利DEFORM限元软件分析车削加工时切削热度切削力度变化做出系统研究获车削实验状态变量里序号章容概述重
21限元模型建立
211模型里序号21
根刀具参数特点切削量组合建立应模型次模拟中刀具参数量组合刀具切削量外参数均变方便观察计算利DEFTOM建立2D3D模型3D模型便观察温度变化聚集区域2D模型便观察力方通2D3D模型更分析出钛合金车削变化
建立3D模型时车削模拟仿真两模块进行pre模块3D cutting模块3Dcutting模块切削程进行简化合成方便操作Pre模块DEFORM典前处理模块实际加工情况进行模拟相3Dcutting模块言仿真设置然复杂模拟仿真条件设置更更贴真实加工情况导入工件刀具模型需进行网格划分输入需构建材料模型限制加工边界设定材料散热表面刀具工件相运动参数设置模拟步数设置工件刀具间关系等模型更加准确仿真模拟更加真实选典模块建立3D模型
1）开典模块典模块前处理系统里导入工件图21示
图21
2）DEFORM软件里绝网格方式工件模型进行划分网格数量32000单元尺寸设0004mm率6窗口中单元尺寸尺寸0004图22示导入钛合金材料模型添加工件边界条件选定工件散热表面工件3D模型图23示绿色表面散热表面
图22 3D工件模型 图23 散热表面
4）导入刀具模型通相划分形式进行网格划分网格数量10000细化窗口尺寸率01导入刀具材料便建立刀具3D模型表213D模型数
图23 刀具3D模型
表21模型数
摩擦素
06
生成元素种类
四面体单元
刀具工件网格数
1000035000
热传导系数
45
环境温度
20
3D模型仿真模拟需量运算加快电脑模拟仿真分析设定步数800步10步保存步
建立2D模型便运算出结果加快分析时间DEFORM2D车削模块2D车削模块中选择需刀具类型直接绘画出需刀具参数十分方便图24绘画工件参数图25
图24 图25
根三维正交试验试验模型输入绘画出刀具划分网格网格数量700然导入刀具材料便建立刀具2D模型图25
图26 刀具2D模型
建立塑性宽度3高度07工件模型划分网格网格数量25导入钛合金JC构方程模型工件2D模型图27
图27 工件2D模型
根三维正交试验设计模型分建立两相工件模型刀具根正交实验设计方法变化参数模型（a）参数固定模型（b）通两模型出切削量参数分车削钛合金影响程度仿真步数7818步10步保存步模型图28示
（a） （b）
图28 模型
212刀具材料选择
DEFORM3D限元模拟软件里着丰厚材料库时根材料定义材料属性次设计研究钛合金车削分析车削钛合金时刀具材料切削热度切削力度重作素车削时刀具损坏原刀面材料磨损引起钛合金强度高物理机械性难切削材料刀具材料选WC
213材料模型
种金属材料应发生弹性形变时特点特点名弹性模量E泊松想构建材料模型流动应力模型表达出材料塑性应变弹性形变流动应力模型会会根变量变化成流动应力方程综合影响素选切割常流动应力方程Johnsoncook模型表达材料模型
σA+BεPn·1+ClnεPε0·1−θm （1）
θT−TrTm−Tr
式（1）中σ流动应力ABCnm身确定述材料特性常数材料熔点TmTr室温ε0参考应变速率A+BεPn表示应变εP流动应力σ影响1+ClnεPε0应变速率ε流动应力σ应变效果1−θm表示温度T流动应力σ影响
文采钛合金材料流动应力模型
σ96888+56717εP−0375·1+00394lnεPε0·1−θ130 （2）
式（2）中系数参考量钛合金材料模型特点文献表22钛合金物理性质表
表22 钛合金物理性质表
材料
杨氏弹性模量（GPa）
泊松
热扩散系数（m2s）
热传导率（Wm·K）
热容量（Jkg·K）
钛合金
114
034
96×106
544
520
214刀具磨损模型
刀具磨损模型方程形式表达出刀具工件切削时发生磨损磨损包括刀具加工破损体积工件刀具两者间相运动速度工件刀具挤压产生压力切削加工中参数Archard 模型Usui模型描述刀具磨损提出模型Archard 模型针硬度材料软性材料间发生切削摩擦导致磨损Usui模型针两材料间需连续切削摩擦造成磨损DEFEORM软件里进行车削钛合金分析属需持续进行加工状态采Usui模型公式：
wapVe−bTdt (3)
式（3）中w破损深度 P接触间压力v 材料间运动速率T 材料温度（绝度数）dt 时间变化ab根实际分析结果获系数a取00000001b取1000
22刀具参数切削力切削温度影响三维正交实验设计
221 钛合金车削参数选择
般情况车刀参数选择范围表21
表21 车刀参数表
车削 前角a 角b 容屑槽c（mm）
数值 12°16° 9°15° 0305
部分仿真模拟分析车削钛合金刀具参数切削热度切削力度影响中切削参数重切削深度车削时较切削深度确保高度金属率刀具定寿命耐度选择进深度ap减少车刀次数减少刀具损耗背车刀量ap会造成闷车现象表面太粗糙车削钛合金时进深度ap选部分5mm进速度f根素决定机床进机构承受硬刚度刀杆承受击度选择刀具材料进深度等切削速率Vc基切削深度进速度刀具寿命度决定工件材料钛合金种典难加工材料文研究保持刀具切削参数变选择进速度ap3mm切削深度f02mmr切削速率v25mmin
222 正交设计变量确定
车削钛合金程中素会影响车削时车削温度切削力变化想三维正交设计实验方法进行分析必须影响车削加工素中找出较重三进行试验代全面试验部分分析参数影响参考量文献选重三素前角角容屑槽作正交设计试验方法变量素保持变
223正交试验设计方案
素层次正交试验研究设计方法基伽罗瓦理设计方法原理：选择部分具重程度组合代全部试验组合分析部分重组合结果类推测出合适组合次实验三素三层次正交实验设计根选正交设计三变量制定三素三水表通表根正交试验方法设计出九试验安排表三素三水取值表表31实验安排表表32
表31 模拟实验三素三水取值表
水
素A前角
素B角
素C容屑槽
1
2
3
12
14
16
9
12
15
04
05
06
表31 模拟实验安排
序号
素A
素B
素C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
12
12
12
14
14
14
16
16
16
9
12
15
9
12
15
9
12
15
04
05
06
05
06
04
06
04
05
224处理结果分析
切削力
切削力分许车削钛合金重数实际加工程中金属层切割时切割加工金属表面层切削力发生变形材料发生弹性塑性变形切削力静态开始聚集切割力增着车削程进行应力会刀具尖头附刀刃浓缩拢金属收切割应力超材料够接受切割力范围外部分金属材料会剔离切削力减程会着加工进行持续发生加工程中切削力会围绕固定值处震荡保持衡稳定值图4142示图XY轴切割力时间变化曲线图取进深度f02mmr进量ap3mm切削速度25mmmin
图41 X轴切割力变化时间曲线图 图42 Y轴切割力变化时间曲线图
图中出刀具刚开始切削剪切应力断增直超材料承受切削力极限强度材料切削剥离静态剪切应力转化动态滑动应力切削力趋稳等效应力代XY轴载荷变化数根前面建立9正交实验模型输入应刀具参数组合仿真模拟计算处理进入处理界面观察369组实验数出值切削力柱状图次图43示表41记录组仿真模拟实验高等效应力
图43 处理等效切削应力柱状图
表41 拟仿真实验等效切削应力分布记录表
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
1 1690
2 1690
3 1690
4 1700
5 1700
6 1700
7 1720
8 1720
9 1720
切削温度
切削温度作车削钛合金程重数加工程中刀具工件摩擦剥离材料程中产生热量会切削温度升高果材料导热性会产生热量通散热散量热量产热少定影响切削热素吸收量热量易散热部分区域温度高切削程中部分消耗量会转化热量储存切割金属中产生切削热会温度升直接影响工具寿命耐磨性重素 切削温度会改变工件材料性质堆积边缘影响导致生成消失切削温度车削钛合金程重数图44示切削速度25mmmin进速度ap3mm进深度f02mmr切削温度变化曲线图
图44 切削温度变化柱状图
根前面正交实验方法设计出九试验安排表控制变量变化仿真模拟计算进入结果处理界面观察第369组实验数相应切削温度柱状图次图45示表42切削模拟仿真程中高温度记录
图45处理切削温度柱状图
表42 高温度分布记录表文里表格太难参考文里三线型表格
序号 温度
序号 温度
序号 温度
1 794
2 802
3 797
4 789
5 792
6 794
7 792
8 796
9 790
225数分析处理
刀具参数刀具切削温度切削力影响变化利三维正交实验设计法车削钛合金时刀具参数作变量进行模拟仿真车削实验通极差分析法数进行视化分析极差分析法原理：通K表示相变量时应实验结果数根K值判断出变量实验影响程度通总相减极差应变量发生变化时结果发生波动变化判断值变化指标根Rij判断出实验作程度Rij表达公式：RijmaxKij−maxKijKijKij均值面表中ABC分前角角容屑槽K1K2K3行三数分前角角容屑槽变量相时应切削温度切削力K1K2K3行分前角角容屑槽变量相时应切削温度均值总中均值里极值极值相减值称极差极差切削温度切削力影响直接反应数该数越证明该变量实验影响越反影响程度越表中T表示温度F切削力切削力三维正交实际结果表51示切削温度三维正交实验结果表表52示
切削力
表51 刀具切削力正交实验结果
编号
A
B
C
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
12
12
12
14
14
14
16
16
16
5070
5100
5160
1690
1700
1720
30
9
12
15
9
12
15
9
12
15
5110
5110
5110
170333
170333
170333
0
A>BC
04
05
06
05
06
04
06
04
05
5380
5380
5380
179333
179333
179333
0
1690
1690
1690
1700
1700
1700
1720
1720
1720
知刀具切削力变化规律符合规律：前角增切削力增角容屑槽影响切削力限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
切削温度
表52 刀具切削温度正交实验结果
编号
A
B
C
F
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
12
12
12
14
14
14
16
16
16
2393
2375
2378
79767
79167
79267
5
9
12
15
9
12
15
9
12
15
2375
2390
2381
79167
79667
79367
5
AB>C
04
05
06
05
06
04
06
04
05
2384
2381
2381
79467
79367
79367
1
794
802
797
789
792
794
792
796
790
表知刀具切削温度变化规律符合规律：切削钛合金程中前角角容屑槽切削温度影响中前角角切削温度影响相等影响容屑槽分析结束增加句限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
23切削量切削温度切削力影响三维正交试验分析题目重新想什意思没懂
231 钛合金车削参数选择
般情况车削钛合金时切削量范围表31
表31 切削量范围表
车削 切削速度 进速度 进深度
V（mmin） f（mmr） a（mm）
数值 2535 0204 25
部分分析车削钛合金时刀具切削素切削温度切削力影响刀具角参数中车削钛合金影响灵敏金属层切割时弹性恢复加工硬度正常情况般切削刀易切割金属层减少刀面破坏会采较角然角度时刀具强度会削弱刀刃容易崩断刀具角15度时会出现刀具工件粘连现象车削钛合金时候部分情况选择角15度车刀角15度车刀刀刃较锋利效减少热量聚集更降温散热符合次设计研究次设计选车刀角15度车削钛合金时候会产生较高切削温度车刀空气中元素发生反应形成种化合物附车刀表面种化合物硬度脆度高刀具切削时手里均匀加快刀具磨损甚会产生崩刃现象应样情况通常会采前角较值钛合金塑性特点车削钛合金时前刀面工件接触面积样增加前刀面切削出屑两者间接触面积切削热切割刀具压力度浓缩聚集刃口处选值前角样帮助热量耗散加强切削刃口避免切削力度聚集产生碎裂综合述硬质车刀车削钛合金时佳前角14度次设计研究程中保持刀具参数变选取刀具参数：刀具前角y14度刀具角a15度
232 正交设计变量确定
车削钛合金程中素会影响车削时车削温度切削力变化想三维正交设计实验方法进行分析必须影响车削加工素中找出较重三进行试验代全面试验部分分析切削量影响参考量文献选重三素切削速度V进速度f切削深度a作正交设计试验方法变量素保持变
233正交实验安排
素层次正交试验研究设计方法基伽罗瓦理设计方法原理：选择部分具重程度组合代全部试验组合分析部分重组合结果类推测出合适组合次实验三素三层次正交实验设计根选正交设计三变量制定三素三水表通表根正交试验方法设计出九 试验安排表三素三水取值表表31实验安排表表32
表31 模拟实验三素三水取值表
水
素A切削速度v（mmin）
素B进速度f（mmr）
素C进深度a（mm）
1
2
3
25
30
35
02
03
04
2
3
5
表32 模拟实验安排
序号
素A切削速度v（mmin）
素B进速度f（mmr）
素C进深度a（mm）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
25
25
25
30
30
30
35
35
35
02
03
04
02
03
04
02
03
04
2
3
5
3
5
2
5
2
3
234处理结果分析
切削力
切削力车削重研究现象 切削力会切削热产生刀具磨损破坏影响加工精度降低加工寿命直接素实际加工程中金属层切割时切割加工金属表面层会弹性变形塑性变形切割力增着车削程进行应力会刀具尖头附刀刃浓缩拢金属收切割应力超材料够接受切割力范围外部分金属材料会剔离切削力减程会着加工进行持续发生加工程中切削力会围绕固定值处震荡保持衡稳定值图4142示图41图42XY轴切割力着时间变化曲线图取值前角14度角15度进深度f02mmr进速度ap3mm切削速度25mmin
图41 X切割力变化时间曲线图 图42 Y轴切割力变化时间曲线图
图出高切削力刚开始时切削力材料剥离出静态转动态超材料承受强度极限切削力超时呈现值切削力趋静等效应力代XY轴载荷变化数根前面建立9正交实验模型输入应切削量三素参数组合仿真模拟计算处理进入处理界面观察369组实验数出切削力数次图43示表41记录组仿真模拟实验高等效应力
图43 处理等效切削应力柱状图
表41 拟仿真实验等效切削应力分布记录表
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
1 1690
2 1680
3 1690
4 1690
5 1700
6 1680
7 1810
8 1700
9 1690
切削温度
切削温度作车削钛合金程重数加工程中刀具工件摩擦剥离材料程中产生热量会切削温度升高果材料导热性会产生热量通散热散量热量产热少定影响切削热素吸收量热量易散热部分区域温度高切削程中部分消耗量会转化热量储存切割金属中产生切削热会温度升直接影响工具寿命耐磨性重素 切削温度会改变工件材料性质堆积边缘影响导致生成消失切削温度车削钛合金程重数图44示前角14度角15度切削速度25mmin进速度ap3mm进深度f02mmr切削温度变化柱状图
图44 切削温度变化柱状图
根前面正交实验方法设计出九试验安排表控制变量变化仿真模拟计算进入结果处理界面观察第369组实验数相应切削温度柱状图次图45示表42切削模拟仿真程中高温度记录
图45处理切削温度柱状图
表42高温度分布记录表
序号 温度
序号 温度
序号 温度
1 870
2 872
3 901
4 900
5 913
6 908
7 934
8 926
9 935
235数分析处理
刀具参数刀具切削温度切削力影响变化利三维正交实验设计法车削钛合金时刀具参数作变量进行模拟仿真车削实验通极差分析法数进行视化分析极差分析法原理：通K表示相变量时应实验结果数根K值判断出变量实验影响程度通总相减极差应变量发生变化时结果发生波动变化判断值变化指标根Rij判断出实验作程度Rij表达公式：RijmaxKij−maxKijKijKij均值面表中ABC分切削速度v切削速度f切削深度apK1K2K3行三数分切削速度v切削速度f切削深度ap变量相时应切削温度切削力K1K2K3行分切削速度v切削速度f切削深度ap变量相时应切削温度均值总中均值里极值极值相减值称极差极差切削温度切削力影响直接反应数该数越证明该变量实验影响越反影响程度越表中T表示温度F切削力切削力三维正交实际结果表51示切削温度三维正交实验结果表表52示
切削力
表51 切削力三维正交实验结果
编号
A
B
C
F
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
25
25
25
30
30
30
35
35
35
5050
5070
5200
168333
1690
1733．33
50
02
03
04
02
03
04
02
03
04
5190
5080
5050
1730
169333
168333
4667
A>B>C
2
3
5
3
5
2
5
3
2
5070
5060
5190
1690
168667
1730
4333
1690
1680
1680
1690
1700
1680
1810
1700
1690
表出刀具切削力规律变化：切削速度V进速度f进深度a变切削力变三者影响程度样影响切削力方面中切削速度v显着进速度进深度a影响低限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
切削温度
表52 切削温度三维正交实验结果
编号
A
B
C
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
25
25
25
30
30
30
35
35
35
2643
2709
2795
881
903
93167
5067
02
03
04
02
03
04
02
03
04
2696
2714
2749
89867
90467
91633
1766
A>B>C
2
3
5
3
5
2
5
2
3
2717
2707
2735
90567
90233
91167
933
870
872
901
900
908
913
926
934
935
表出刀具切削温度变化规律符合规律：切削钛合金程中切削速度V进速度f进深度a增加 切削温度增加三素影响程度中切削速度V影响显著机进速度f进深度a影响限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
3结写出总结说明参数切削影响效果实际相否符合实际切削数误差情况出现问题原
通结果数分析发现切削刀具参数切削量钛合金车削时切削温度切削力影响切削量变时刀具参数前角切削力影响角容屑槽影响前角角切削温度影响相等容屑槽刀具拥相参数时切削参数中切削速度切削力影响程度进速度第二然进深度影响切削温度显著切削速度进速度进深度
较刀具参数切削量影响程度刀具参数影响切削力切削温度程度甚微忽略计切削量显著影响认切削量影响车削钛合金素
分析切削量时出现进深度影响程度进量高检查原发现数输入误导致解决重新通极差分析法分析结果实际保持致文模型中切削温度明显偏高估计原（1）模型设置中散热系数传热系数实际切削出入模型产热散热实际符导致热量量聚集模型刀具中影响切削温度（2）模型中工件材料理想材料存杂质实际切削刀具工件会空气技术问题等产生种杂质影响实际温度实际温度模型温度低出结规律实际切削出结规律致认模型具预测指导性
根试验结果认车削钛合金时切削力切削温度两者影响提高钛合金处理效率选择较少切削速度较进速度进深度样确保切削力没幅度降情况减切削刀具温度增加刀具寿命提高刀具耐性减少加工成
参考文献
［1］ 刘东陈五钛合金TC4切削程流动应力模型研究[J]塑性工程学报200815（1）：167171
［2］ 代宝林周丽黄树涛徐立福基DEFORM整体CBN刀具切削钛合金限元分析沈阳理工学文2012年第46卷No10
［3］ 严帅王明建胡康陆益加隆基DEFORM3D钛合金切削仿真研究 江苏科技学机械工程学院组合机床动化加工技术 2014年10月第10期
［4］ 志祥胡亚辉尹成君基DEFORM3D钛合金车削温度限元研究天津理工学机械工程学院中国农机化学报2014年7月第35卷 第4期3
［5］ 张晓勒伍银基DEFORM3D钛合金高速车削限元仿真兰州理工学2017年第51卷 NO8
［6］ 耿国盛许九华等高速铣削a钛合金切削温度研究J机械科学技术2006（3）：2
［7］ 王继森邓远超等基回正交设计刀具磨损研究J工具技术2011（20）：34
［8］ 王晓霞金属切削原理刀具M北京航空工业出版社2000
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基DEFORM3D钛合金车削加工程分析
基DEFORM3D钛合金车削加工程分析
摘
钛合金具出色机械性良惰性化学性钛合金飞机火箭轮船医疗器械等领域着广泛运钛合金材料出色物理化学特点加工困难成行业出名材料设计通deform3D限元模拟软件车削钛合金加工程进行仿真模拟建立出钛合金刀具模型材料模型刀具磨损模型里认真写写研究容做什里写太省略
刀具参数车削素进行分析选择相应三参数通正交设计实验方法设计车削模拟出相应模型方案通DEFORM3D软件出参数方案进行分析出结果通结果数分析发现切削刀具参数切削量钛合金加工时切削热度切割力影响切削素变时刀具角度前角切削力影响角容屑槽影响前角角切削温度影响相等容屑槽刀具拥相参数时影响切削热度切削力度素切割速率进速度进深度
关键词：容屑槽尺寸前角角切削力刀具参数钛合金
2020届
目 录
1 绪 1
11设计目意义 2
12设计国外发展概况存问题 2
13设计应解决问题 3
2基DEFORM3D钛合金车削加工程分析 4
21限元模型建立 4
22刀具参数切削力切削温度影响三维正交实验设计 9
221 钛合金车削参数选择 9
222 正交设计变量确定 9
223正交试验设计方案 9
224处理结果分析 10
225数分析处理 13
23切削量切削温度切削力影响三维正交试验分析 16
231 钛合金车削参数选择 16
232 正交设计变量确定 16
233正交实验安排 17
234处理结果分析 18
235数分析处理 21
3结 23
参考文献 24
谢 辞 25
文结构太乱先逻辑关系面批注里序写
1 绪绪
世纪50年代初钛合金开发成种结构重金属具出色机械性良惰性化学性金属世纪50年代60年代发展成航天领域里重结构金属规模制造飞机70年代初钛合金耐腐蚀性提升层次钛合金开发现钛合金防腐蚀性机械物理性极发展现钛合金领域里运特航天航空领域国防领域钛合金作重结构金属材料钛合金硬度机械性韧性十分时钛合金优秀特点工艺处理切割性十分差钛合金生产程十分复杂加工钛合金程中时候会出现切削热度高挤压变形太导致部分区域切削力刀具极易破坏出现刀具加工寿命度低难保证加工出金属质量等问题通车削程分析钛合金车削时切削热度切削力进提升刀具加工寿命改善加工质量分析车削钛合金加工普遍极效方法通现实实际机床加工钛合金话实验需耗费高昂费时需消耗量实验时间通计算机仿真模拟软件DEFORM仿真车削钛合金程常方法
DEFORM限元分析系统专门研究模拟金属塑性成形开发出套软件美国SFTC公司创利计算机算法构造实际加工条件快速出加工结果电脑模拟整加工程样少量成完成实际加工降低加工生产需材料成加快分析设计新产品分析时间DEFORM三模块组成：前处理模块仿真模拟分析模块处理模块模块总成限元仿真系统套金属塑性加工热处理等模拟系统具体金属分析程中形成种金属三维流动温度变化电脑算法产生相应数文基DEFROM钛合金车削程进行模拟仿真研究钛合金加工程中刀具素切削量剪切力切削热度影响
素层次正交试验研究设计方法基伽罗瓦理设计方法原理：选择部分具重程度组合代全部试验组合分析部分重组合结果类推测出合适组合
11设计目意义
钛合金种国防领域工业领域中量新型重结构材料现世界国家研究降低钛合金性特点情况提高加工工艺水降低加工成推市场车削钛合金时硬度加工程变非常困难硬度会出现刀具切割金属粘连难切割钛合金高硬度难切削方面化学物理机械性间集成特征关键影响钛合金加工性钛合金加工成变非常昂贵通研究车削钛合金时切削温度切削力影响素根素影响程度优化车削程改进存问题降低加工成加快钛合金进入民工业领域进程国家掌握加工21世纪重金属钛合金着深远意义
车削钛合金时根切削温度切削力产生原理影响素分两部分：刀具参数切削素切削热度切削力度会刀具加工寿命破坏程度产生直接重影响钛合金工件加工精密度已切割表面品质着密切联系研究影响车削钛合金时切削力切削温度影响素影响程度着重意义提高加工效率延长刀具寿命十分重前提
通DEFORM软件模拟车削钛合金程限元法模拟车削程获影响数继续进行分析仅利更解钛合金切削加工特性优化加工钛合金刀具提高利数掌握钛合金车削变化特点实际加工程中增加刀具寿命提高加工效率车削钛合金优点发挥突出优秀物理特点根源减少车削钛合金成时提升钛合金物理性通DEFORM软件功模拟仿真需模型方案减少真实加工时间成降低材料费节省试验费实际加工生产提供数指导理支持
12设计国外发展概况存问题
国外钛合金车削程分析问题做研究特研究刀具加工寿命度破坏取相成果国南通职业学江苏东基DEFORM3D钛合金切削进行限元仿真天津理工学机械工程学院志祥等DEFORM3D软件分析切削车削钛合金温度变化进行限元研究江苏科技学机械工程学院严帅等正交实验设计方法DEFORM软件研究钛合金切削仿真兰州理工学张晓利DEFORM软件高速车削钛合金进行仿真研究
分析工件应力变形区域优化刀具提供理支持
国外Haci saglam等选前角角度分析车削钛合金时特点变化分析出钛合金刀具前角角度切削力度切削热度变化规律A Gente等研究切削速度车削钛合金影响速度达150960mmin时候切削力切削速度间联系关系国外做样车削钛合金实验通DEFORM软件模拟出钛合金车削程解钛合金特点车削时动净态变化分析钛合金车削时温度切削力变化
然国外通DEFORM模拟车削钛合金实验少运正交实验法方法模拟仿真少会时刀具参数切削素放起进行分析研究切削热度切削力度影响试验文实验通两三维正交实验找出刀具参数切削量重三参数进行三维正交实验分析出数通数分析刀具参数切削三素切削力度切削热度影响总结出规律加快实际加工生产时间降低时间花费成
13设计应解决问题
设计实验解决问题三部分：建立正确DEFORM模型建立三维正交实验方设计方案方案模拟仿真结果分析先序先建立正确模型然分析结果正确建立三维正交实验结果分析
建立正确DEFORM模型：通学DEFORM软件通查阅资料清楚钛合金物理特点车削钛合金需创建模型解车削钛合金时摩擦系数钛合金材料模型公式刀具破损模型公式利DEFORM软件根公式建立出需模型模拟仿真实验
建立三维正交实验方设计方案：通解车削金属时刀具切削量影响素找出重三素进行素参数选择选择合适参数进行三维正交实验出九模拟实验安排方案
方案模拟仿真结果分析：根出九方案DEFORM限元软件进行仿真模拟模拟出数通极差分析法分析出素车削钛合金时影响程度做出横出结
2基DEFORM3D钛合金车削加工程分析
设计分两部分部分刀具参数切削力度切削热度影响部分切削量切削力度切削热度影响DEFORM软件建立工件刀具模型根正交实验设计方法改变刀具参数切削素建立出刀具模型DEFROM软件刀具参数切削量条件确保变情况车削条件设置钛合金工件模型出切削热度切削力度数进行数分析
正交实验设计方法选取部分实验代全部实验利DEFORM限元软件分析车削加工时切削热度切削力度变化做出系统研究获车削实验状态变量里序号章容概述重
21限元模型建立
211模型里序号21
根刀具参数特点切削量组合建立应模型次模拟中刀具参数量组合刀具切削量外参数均变方便观察计算利DEFTOM建立2D3D模型3D模型便观察温度变化聚集区域2D模型便观察力方通2D3D模型更分析出钛合金车削变化
建立3D模型时车削模拟仿真两模块进行pre模块3D cutting模块3Dcutting模块切削程进行简化合成方便操作Pre模块DEFORM典前处理模块实际加工情况进行模拟相3Dcutting模块言仿真设置然复杂模拟仿真条件设置更更贴真实加工情况导入工件刀具模型需进行网格划分输入需构建材料模型限制加工边界设定材料散热表面刀具工件相运动参数设置模拟步数设置工件刀具间关系等模型更加准确仿真模拟更加真实选典模块建立3D模型
1）开典模块典模块前处理系统里导入工件图21示
图21
2）DEFORM软件里绝网格方式工件模型进行划分网格数量32000单元尺寸设0004mm率6窗口中单元尺寸尺寸0004图22示导入钛合金材料模型添加工件边界条件选定工件散热表面工件3D模型图23示绿色表面散热表面
图22 3D工件模型 图23 散热表面
4）导入刀具模型通相划分形式进行网格划分网格数量10000细化窗口尺寸率01导入刀具材料便建立刀具3D模型表213D模型数
图23 刀具3D模型
表21模型数
摩擦素
06
生成元素种类
四面体单元
刀具工件网格数
1000035000
热传导系数
45
环境温度
20
3D模型仿真模拟需量运算加快电脑模拟仿真分析设定步数800步10步保存步
建立2D模型便运算出结果加快分析时间DEFORM2D车削模块2D车削模块中选择需刀具类型直接绘画出需刀具参数十分方便图24绘画工件参数图25
图24 图25
根三维正交试验试验模型输入绘画出刀具划分网格网格数量700然导入刀具材料便建立刀具2D模型图25
图26 刀具2D模型
建立塑性宽度3高度07工件模型划分网格网格数量25导入钛合金JC构方程模型工件2D模型图27
图27 工件2D模型
根三维正交试验设计模型分建立两相工件模型刀具根正交实验设计方法变化参数模型（a）参数固定模型（b）通两模型出切削量参数分车削钛合金影响程度仿真步数7818步10步保存步模型图28示
（a） （b）
图28 模型
212刀具材料选择
DEFORM3D限元模拟软件里着丰厚材料库时根材料定义材料属性次设计研究钛合金车削分析车削钛合金时刀具材料切削热度切削力度重作素车削时刀具损坏原刀面材料磨损引起钛合金强度高物理机械性难切削材料刀具材料选WC
213材料模型
种金属材料应发生弹性形变时特点特点名弹性模量E泊松想构建材料模型流动应力模型表达出材料塑性应变弹性形变流动应力模型会会根变量变化成流动应力方程综合影响素选切割常流动应力方程Johnsoncook模型表达材料模型
σA+BεPn·1+ClnεPε0·1−θm （1）
θT−TrTm−Tr
式（1）中σ流动应力ABCnm身确定述材料特性常数材料熔点TmTr室温ε0参考应变速率A+BεPn表示应变εP流动应力σ影响1+ClnεPε0应变速率ε流动应力σ应变效果1−θm表示温度T流动应力σ影响
文采钛合金材料流动应力模型
σ96888+56717εP−0375·1+00394lnεPε0·1−θ130 （2）
式（2）中系数参考量钛合金材料模型特点文献表22钛合金物理性质表
表22 钛合金物理性质表
材料
杨氏弹性模量（GPa）
泊松
热扩散系数（m2s）
热传导率（Wm·K）
热容量（Jkg·K）
钛合金
114
034
96×106
544
520
214刀具磨损模型
刀具磨损模型方程形式表达出刀具工件切削时发生磨损磨损包括刀具加工破损体积工件刀具两者间相运动速度工件刀具挤压产生压力切削加工中参数Archard 模型Usui模型描述刀具磨损提出模型Archard 模型针硬度材料软性材料间发生切削摩擦导致磨损Usui模型针两材料间需连续切削摩擦造成磨损DEFEORM软件里进行车削钛合金分析属需持续进行加工状态采Usui模型公式：
wapVe−bTdt (3)
式（3）中w破损深度 P接触间压力v 材料间运动速率T 材料温度（绝度数）dt 时间变化ab根实际分析结果获系数a取00000001b取1000
22刀具参数切削力切削温度影响三维正交实验设计
221 钛合金车削参数选择
般情况车刀参数选择范围表21
表21 车刀参数表
车削 前角a 角b 容屑槽c（mm）
数值 12°16° 9°15° 0305
部分仿真模拟分析车削钛合金刀具参数切削热度切削力度影响中切削参数重切削深度车削时较切削深度确保高度金属率刀具定寿命耐度选择进深度ap减少车刀次数减少刀具损耗背车刀量ap会造成闷车现象表面太粗糙车削钛合金时进深度ap选部分5mm进速度f根素决定机床进机构承受硬刚度刀杆承受击度选择刀具材料进深度等切削速率Vc基切削深度进速度刀具寿命度决定工件材料钛合金种典难加工材料文研究保持刀具切削参数变选择进速度ap3mm切削深度f02mmr切削速率v25mmin
222 正交设计变量确定
车削钛合金程中素会影响车削时车削温度切削力变化想三维正交设计实验方法进行分析必须影响车削加工素中找出较重三进行试验代全面试验部分分析参数影响参考量文献选重三素前角角容屑槽作正交设计试验方法变量素保持变
223正交试验设计方案
素层次正交试验研究设计方法基伽罗瓦理设计方法原理：选择部分具重程度组合代全部试验组合分析部分重组合结果类推测出合适组合次实验三素三层次正交实验设计根选正交设计三变量制定三素三水表通表根正交试验方法设计出九试验安排表三素三水取值表表31实验安排表表32
表31 模拟实验三素三水取值表
水
素A前角
素B角
素C容屑槽
1
2
3
12
14
16
9
12
15
04
05
06
表31 模拟实验安排
序号
素A
素B
素C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
12
12
12
14
14
14
16
16
16
9
12
15
9
12
15
9
12
15
04
05
06
05
06
04
06
04
05
224处理结果分析
切削力
切削力分许车削钛合金重数实际加工程中金属层切割时切割加工金属表面层切削力发生变形材料发生弹性塑性变形切削力静态开始聚集切割力增着车削程进行应力会刀具尖头附刀刃浓缩拢金属收切割应力超材料够接受切割力范围外部分金属材料会剔离切削力减程会着加工进行持续发生加工程中切削力会围绕固定值处震荡保持衡稳定值图4142示图XY轴切割力时间变化曲线图取进深度f02mmr进量ap3mm切削速度25mmmin
图41 X轴切割力变化时间曲线图 图42 Y轴切割力变化时间曲线图
图中出刀具刚开始切削剪切应力断增直超材料承受切削力极限强度材料切削剥离静态剪切应力转化动态滑动应力切削力趋稳等效应力代XY轴载荷变化数根前面建立9正交实验模型输入应刀具参数组合仿真模拟计算处理进入处理界面观察369组实验数出值切削力柱状图次图43示表41记录组仿真模拟实验高等效应力
图43 处理等效切削应力柱状图
表41 拟仿真实验等效切削应力分布记录表
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
1 1690
2 1690
3 1690
4 1700
5 1700
6 1700
7 1720
8 1720
9 1720
切削温度
切削温度作车削钛合金程重数加工程中刀具工件摩擦剥离材料程中产生热量会切削温度升高果材料导热性会产生热量通散热散量热量产热少定影响切削热素吸收量热量易散热部分区域温度高切削程中部分消耗量会转化热量储存切割金属中产生切削热会温度升直接影响工具寿命耐磨性重素 切削温度会改变工件材料性质堆积边缘影响导致生成消失切削温度车削钛合金程重数图44示切削速度25mmmin进速度ap3mm进深度f02mmr切削温度变化曲线图
图44 切削温度变化柱状图
根前面正交实验方法设计出九试验安排表控制变量变化仿真模拟计算进入结果处理界面观察第369组实验数相应切削温度柱状图次图45示表42切削模拟仿真程中高温度记录
图45处理切削温度柱状图
表42 高温度分布记录表文里表格太难参考文里三线型表格
序号 温度
序号 温度
序号 温度
1 794
2 802
3 797
4 789
5 792
6 794
7 792
8 796
9 790
225数分析处理
刀具参数刀具切削温度切削力影响变化利三维正交实验设计法车削钛合金时刀具参数作变量进行模拟仿真车削实验通极差分析法数进行视化分析极差分析法原理：通K表示相变量时应实验结果数根K值判断出变量实验影响程度通总相减极差应变量发生变化时结果发生波动变化判断值变化指标根Rij判断出实验作程度Rij表达公式：RijmaxKij−maxKijKijKij均值面表中ABC分前角角容屑槽K1K2K3行三数分前角角容屑槽变量相时应切削温度切削力K1K2K3行分前角角容屑槽变量相时应切削温度均值总中均值里极值极值相减值称极差极差切削温度切削力影响直接反应数该数越证明该变量实验影响越反影响程度越表中T表示温度F切削力切削力三维正交实际结果表51示切削温度三维正交实验结果表表52示
切削力
表51 刀具切削力正交实验结果
编号
A
B
C
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
12
12
12
14
14
14
16
16
16
5070
5100
5160
1690
1700
1720
30
9
12
15
9
12
15
9
12
15
5110
5110
5110
170333
170333
170333
0
A>BC
04
05
06
05
06
04
06
04
05
5380
5380
5380
179333
179333
179333
0
1690
1690
1690
1700
1700
1700
1720
1720
1720
知刀具切削力变化规律符合规律：前角增切削力增角容屑槽影响切削力限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
切削温度
表52 刀具切削温度正交实验结果
编号
A
B
C
F
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
12
12
12
14
14
14
16
16
16
2393
2375
2378
79767
79167
79267
5
9
12
15
9
12
15
9
12
15
2375
2390
2381
79167
79667
79367
5
AB>C
04
05
06
05
06
04
06
04
05
2384
2381
2381
79467
79367
79367
1
794
802
797
789
792
794
792
796
790
表知刀具切削温度变化规律符合规律：切削钛合金程中前角角容屑槽切削温度影响中前角角切削温度影响相等影响容屑槽分析结束增加句限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
23切削量切削温度切削力影响三维正交试验分析题目重新想什意思没懂
231 钛合金车削参数选择
般情况车削钛合金时切削量范围表31
表31 切削量范围表
车削 切削速度 进速度 进深度
V（mmin） f（mmr） a（mm）
数值 2535 0204 25
部分分析车削钛合金时刀具切削素切削温度切削力影响刀具角参数中车削钛合金影响灵敏金属层切割时弹性恢复加工硬度正常情况般切削刀易切割金属层减少刀面破坏会采较角然角度时刀具强度会削弱刀刃容易崩断刀具角15度时会出现刀具工件粘连现象车削钛合金时候部分情况选择角15度车刀角15度车刀刀刃较锋利效减少热量聚集更降温散热符合次设计研究次设计选车刀角15度车削钛合金时候会产生较高切削温度车刀空气中元素发生反应形成种化合物附车刀表面种化合物硬度脆度高刀具切削时手里均匀加快刀具磨损甚会产生崩刃现象应样情况通常会采前角较值钛合金塑性特点车削钛合金时前刀面工件接触面积样增加前刀面切削出屑两者间接触面积切削热切割刀具压力度浓缩聚集刃口处选值前角样帮助热量耗散加强切削刃口避免切削力度聚集产生碎裂综合述硬质车刀车削钛合金时佳前角14度次设计研究程中保持刀具参数变选取刀具参数：刀具前角y14度刀具角a15度
232 正交设计变量确定
车削钛合金程中素会影响车削时车削温度切削力变化想三维正交设计实验方法进行分析必须影响车削加工素中找出较重三进行试验代全面试验部分分析切削量影响参考量文献选重三素切削速度V进速度f切削深度a作正交设计试验方法变量素保持变
233正交实验安排
素层次正交试验研究设计方法基伽罗瓦理设计方法原理：选择部分具重程度组合代全部试验组合分析部分重组合结果类推测出合适组合次实验三素三层次正交实验设计根选正交设计三变量制定三素三水表通表根正交试验方法设计出九 试验安排表三素三水取值表表31实验安排表表32
表31 模拟实验三素三水取值表
水
素A切削速度v（mmin）
素B进速度f（mmr）
素C进深度a（mm）
1
2
3
25
30
35
02
03
04
2
3
5
表32 模拟实验安排
序号
素A切削速度v（mmin）
素B进速度f（mmr）
素C进深度a（mm）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
25
25
25
30
30
30
35
35
35
02
03
04
02
03
04
02
03
04
2
3
5
3
5
2
5
2
3
234处理结果分析
切削力
切削力车削重研究现象 切削力会切削热产生刀具磨损破坏影响加工精度降低加工寿命直接素实际加工程中金属层切割时切割加工金属表面层会弹性变形塑性变形切割力增着车削程进行应力会刀具尖头附刀刃浓缩拢金属收切割应力超材料够接受切割力范围外部分金属材料会剔离切削力减程会着加工进行持续发生加工程中切削力会围绕固定值处震荡保持衡稳定值图4142示图41图42XY轴切割力着时间变化曲线图取值前角14度角15度进深度f02mmr进速度ap3mm切削速度25mmin
图41 X切割力变化时间曲线图 图42 Y轴切割力变化时间曲线图
图出高切削力刚开始时切削力材料剥离出静态转动态超材料承受强度极限切削力超时呈现值切削力趋静等效应力代XY轴载荷变化数根前面建立9正交实验模型输入应切削量三素参数组合仿真模拟计算处理进入处理界面观察369组实验数出切削力数次图43示表41记录组仿真模拟实验高等效应力
图43 处理等效切削应力柱状图
表41 拟仿真实验等效切削应力分布记录表
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
序号 等效切削应力
1 1690
2 1680
3 1690
4 1690
5 1700
6 1680
7 1810
8 1700
9 1690
切削温度
切削温度作车削钛合金程重数加工程中刀具工件摩擦剥离材料程中产生热量会切削温度升高果材料导热性会产生热量通散热散量热量产热少定影响切削热素吸收量热量易散热部分区域温度高切削程中部分消耗量会转化热量储存切割金属中产生切削热会温度升直接影响工具寿命耐磨性重素 切削温度会改变工件材料性质堆积边缘影响导致生成消失切削温度车削钛合金程重数图44示前角14度角15度切削速度25mmin进速度ap3mm进深度f02mmr切削温度变化柱状图
图44 切削温度变化柱状图
根前面正交实验方法设计出九试验安排表控制变量变化仿真模拟计算进入结果处理界面观察第369组实验数相应切削温度柱状图次图45示表42切削模拟仿真程中高温度记录
图45处理切削温度柱状图
表42高温度分布记录表
序号 温度
序号 温度
序号 温度
1 870
2 872
3 901
4 900
5 913
6 908
7 934
8 926
9 935
235数分析处理
刀具参数刀具切削温度切削力影响变化利三维正交实验设计法车削钛合金时刀具参数作变量进行模拟仿真车削实验通极差分析法数进行视化分析极差分析法原理：通K表示相变量时应实验结果数根K值判断出变量实验影响程度通总相减极差应变量发生变化时结果发生波动变化判断值变化指标根Rij判断出实验作程度Rij表达公式：RijmaxKij−maxKijKijKij均值面表中ABC分切削速度v切削速度f切削深度apK1K2K3行三数分切削速度v切削速度f切削深度ap变量相时应切削温度切削力K1K2K3行分切削速度v切削速度f切削深度ap变量相时应切削温度均值总中均值里极值极值相减值称极差极差切削温度切削力影响直接反应数该数越证明该变量实验影响越反影响程度越表中T表示温度F切削力切削力三维正交实际结果表51示切削温度三维正交实验结果表表52示
切削力
表51 切削力三维正交实验结果
编号
A
B
C
F
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
25
25
25
30
30
30
35
35
35
5050
5070
5200
168333
1690
1733．33
50
02
03
04
02
03
04
02
03
04
5190
5080
5050
1730
169333
168333
4667
A>B>C
2
3
5
3
5
2
5
3
2
5070
5060
5190
1690
168667
1730
4333
1690
1680
1680
1690
1700
1680
1810
1700
1690
表出刀具切削力规律变化：切削速度V进速度f进深度a变切削力变三者影响程度样影响切削力方面中切削速度v显着进速度进深度a影响低限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
切削温度
表52 切削温度三维正交实验结果
编号
A
B
C
T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
K1
K2
K3
极差R
次序
25
25
25
30
30
30
35
35
35
2643
2709
2795
881
903
93167
5067
02
03
04
02
03
04
02
03
04
2696
2714
2749
89867
90467
91633
1766
A>B>C
2
3
5
3
5
2
5
2
3
2717
2707
2735
90567
90233
91167
933
870
872
901
900
908
913
926
934
935
表出刀具切削温度变化规律符合规律：切削钛合金程中切削速度V进速度f进深度a增加 切削温度增加三素影响程度中切削速度V影响显著机进速度f进深度a影响限元分析结果实际情况相模型具预测指导性
3结写出总结说明参数切削影响效果实际相否符合实际切削数误差情况出现问题原
通结果数分析发现切削刀具参数切削量钛合金车削时切削温度切削力影响切削量变时刀具参数前角切削力影响角容屑槽影响前角角切削温度影响相等容屑槽刀具拥相参数时切削参数中切削速度切削力影响程度进速度第二然进深度影响切削温度显著切削速度进速度进深度
较刀具参数切削量影响程度刀具参数影响切削力切削温度程度甚微忽略计切削量显著影响认切削量影响车削钛合金素
分析切削量时出现进深度影响程度进量高检查原发现数输入误导致解决重新通极差分析法分析结果实际保持致文模型中切削温度明显偏高估计原（1）模型设置中散热系数传热系数实际切削出入模型产热散热实际符导致热量量聚集模型刀具中影响切削温度（2）模型中工件材料理想材料存杂质实际切削刀具工件会空气技术问题等产生种杂质影响实际温度实际温度模型温度低出结规律实际切削出结规律致认模型具预测指导性
根试验结果认车削钛合金时切削力切削温度两者影响提高钛合金处理效率选择较少切削速度较进速度进深度样确保切削力没幅度降情况减切削刀具温度增加刀具寿命提高刀具耐性减少加工成
参考文献
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［2］ 代宝林周丽黄树涛徐立福基DEFORM整体CBN刀具切削钛合金限元分析沈阳理工学文2012年第46卷No10
［3］ 严帅王明建胡康陆益加隆基DEFORM3D钛合金切削仿真研究 江苏科技学机械工程学院组合机床动化加工技术 2014年10月第10期
［4］ 志祥胡亚辉尹成君基DEFORM3D钛合金车削温度限元研究天津理工学机械工程学院中国农机化学报2014年7月第35卷 第4期3
［5］ 张晓勒伍银基DEFORM3D钛合金高速车削限元仿真兰州理工学2017年第51卷 NO8
［6］ 耿国盛许九华等高速铣削a钛合金切削温度研究J机械科学技术2006（3）：2
［7］ 王继森邓远超等基回正交设计刀具磨损研究J工具技术2011（20）：34
［8］ 王晓霞金属切削原理刀具M北京航空工业出版社2000
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