钛合金铣削力和温度的仿真研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究目的及背景

航空航天制造业是制造业最为重要的组成部分之一,其技术水平和生产能力是国家制造业实力和国防科技工业现代化水平的综合体现[1]。随着“工业4.0”的到来,以及大飞机专项、发动机专项的逐步发展,对航空制造水平的要求越来越高。毫无疑问,“航空发动机”决定了飞机性能的上限,而整体叶盘、叶环及机匣等是发动机的核心部件,其制造水平直接决定了发动机的服役能力。航空发动机推重比的逐渐提升,使发动机的核心工作温度也逐渐提升,核心工作部件承受高温的要求越来越迫切,此时高温合金便应运而生,成了大部分热端部件的首选材料[2]。高温合金按照主要元素分可分为镍基、铁基、钴基、钛基高温合金,对比几种合金,在500∽600℃的工作温度区间内钛合金有更好的物理和力学性能。同时,随着近年来钛合金的研究发展,高温钛合金的性能有了极大的提升,如北京航空材料研究院研制的新一代600℃高温钛合金TA29[3]。TA29钛合金因在620℃仍具有良好的蠕变抗力,在其他性能满足设计要求时,可延伸至620℃左右长期使用。除在发动机领域具 有很好的应用潜力外,TA29钛合金在750~800℃仍能保持较高的抗拉强度,可在此温度区间短时使用。得益于其优异的高温强度、抗氧化、抗蠕变、抗腐蚀能力和良好的疲劳特性,能够在高温下能承受一定的工作压力。但在拥有上述优点的同时,由于加工过程中出现的切削力较大、导热性较差导致的切削温度高[4]、加工硬化现象严重等问题,加之切屑易粘刀,刀具粘结磨损、扩散磨损剧烈,使其成为了名副其实的难加工材料[5]。同时也导致加工表面完整性难以保证,表面加工质量较低,这对航空发动机关键部件零件的疲劳寿命有极大的影响。通过对钛合金想铣削过程中切削力和温度的仿真研究,探索其对表面完整性的影响规律,实现提高零件表面加工质量,进而提高零部件的疲劳寿命。

1.2 研究意义

钛合金切削是一个非线性的热力藕合过程。在金属切削过程中,切削热主要来源于切削区的弹塑性变形、刀具与切屑和工件间的摩擦。大量切削热引起切削温度的升高,必然导致刀具的磨损[6]。切削力是表征切削过程最重要特征的物理量,其变化将直接影响加工过程中加工精度、刀具磨损和表面加工质量等,因而对切削温度和切削力的研究对保证加工表面完整性具有十分重要意义[7]。钛合金的切削过程是高温、高压、高应变率的复杂非线性热力耦合过程,传统的切削试验耗时耗力成本昂贵,且切削过程中的温度、应力、应变等参数很难准确得到。

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