激光加热辅助铣削钛合金TC4的有限元分析.pdf

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1、激光加热辅助铣削钛合金TC4的有限元分析术口施宇豪口刘长毅口沈孝栋南京航空航天大学机电学院南京210016摘要：研究了在激光加热辅助条件下的钛合金铣削机理，采用高斯分布热源模型作为热流量栽荷，并考虑了钛合金材料的Johnson—Cook本构模型和Johnson—Cook失效断裂准则。建立了在激光加热辅助条件下铣削过程的顺序热力耦合有限元分析模型，计算了工件温度场分布和工件表面应力等。通过分析对比仿真和实验结果，在可接受的误差范围内，验证了模型的准确性，证实了模型的可行性和有效性。关键词：激光加热辅助切削钛合金有限元仿真铣削力温度中图分类号：TH16

2、1；TG54文献标识码：A文章编号：1000—4998(2014107—0o60一O4CR_5等的实验研究表明，切削钛合金Ti6A14V，当切1概述削速度控制在107m／min、工件进人剪切变形区的温钛合金具有高强度、低密度、低导热系数、高温下度控制在250oC时．可以延长刀具使用寿命。高强度性和抗腐蚀性等一系列独特特性。因此被广泛DunaitrescuP对工具钢材料的试验研究．发现采用激应用于航空航天、医疗等领域。但是钛合金本身的高强光加热辅助切削技术．可以有效降低材料的强度，提升度和低导热系数特性，使加工时产生的切削力增大，导材料的延展性，切屑

3、由原来加工时的粗糙变为平滑，由断续变为连续。我国学者在激光加热辅助切削技术方致刀具磨损严重，加_丁表面质量差，加工精度低。目前面也做了很多研究．如台湾的Chih—weiChang_7利用已经证明．激光加热辅助切削是一种能有效提高难加CBN刀具对Al，0陶瓷进行了激光加热辅助切削实工材料切削加工性能的加工方法，可用来加工陶瓷⋯、验。建立了二维温度场。湖南大学的金湘中、李力钧l8圳铬镍铁合金、钛合金1]等一些难加工材料。激光加热等用Nd：YAG激光束进行激光加热辅助切削黄铜的研辅助切削是一种将高功率激光束聚焦在将要加工的11究。上海交通大学的王慧艺[1

4、o等人采用有限元分析方件表面．短时间内局部加热材料．降低材料的屈服应力法，对激光加热辅助铣削45号钢进行了三维温度场的和加工硬化率，使材料的切削性能发生改变，以达到有仿真和研究。通过文献分析，可知激光加热辅助切削的效减少切削力、增加刀具使用寿命、提升加工表面质量关键在于温度控制．必须进行有效的温度检测和控制，的目的。激光束可以快速局部加热．控制方法灵活，准才可以达到理想的激光辅助切削效果。确照射到待加工表面，光斑形状大小可调节．因此能较大多数有关激光辅助切削的文献对象是激光加热好满足加热需求。激光加热工艺过程环保，无需真空环辅助车削，而研究激光加热

5、辅助铣削的文献较少。本文境，且非接触、无污染、低噪声，可见．激光加热辅助切对激光辅助铣削钛合金TC4进行了热一力的顺序耦合削是一种加工钛合金材料的有效方法有限元建模与仿真。对比了理论和已有的实验数据，研激光加热辅助切削研究最早始于1978年，美国加究了钛合金在激光加热作用下的可加工性和激光加热州大学的MichaelBass等⋯采用激光照射位于切削刃辅助温度场分布．并对比分析了常温下传统方式铣削前的金属材料来进行辅助切削，达到切削力减小、切屑钛合金时温度场的分布．最后分析了不同加工条件对呈连续型、工件表面粗糙度值降低等效果。Dandekar加工结果的

6、影响南京航空航天大学基本科研费资助项目(编号：NS2013048)2有限元模型的建立收稿日期：2013年l2月[4]LuttersWG，AckermanMS．AchievingSafety：aFieldStudy方法研究[J]．机床与液压，2010，38(20)：1-4．ofBoundaryObjectsinAircraftTechnicalSuppo~[C]．[6]冯仪，陈柏金．车载雷达机电式自动调平控制系统[J]．华中ProceedingsofAssociationforComputingMachinery科技大学学报(自然科学版)，2004，

7、32(6)：66—68．ConferenceonComputerSupposedCooperativeWork，New[7]公茂震，袁培江，王田苗，等．航空制孔机器人末端垂直度智York：AssociationforComputingMachinery，2002．能调节方法[J]．北京航空航天大学学报．2012(10)．[5]应高明，王仲奇，康永刚，等．飞机壁板自动钻铆法向量测量(编辑小前)2014／7机械制造52卷第599期2．1激光高斯光斑热源模型向同性，材料参数的物理意义较明确，材料参数相对简仿真所设置的激光功率为1000W，高斯激光光单，并

8、且和实验数据容易拟合，通用性强。该模型还可以斑半径为2．5mm，激光吸收率为0．8。激光热源高斯分比较充分地反映材料的高速