钛及钛合金行业

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钛二维机加工的切削力预测

   2015-02-25 IP属地 陕西3920
  对材料进行切削加工时,除要考虑被切削材料和刀具这两个重要因素,也要考虑夹具、切削参数和冷却液等其他因素。在切削加工过程中,被切削材料上不需要的部分在刀具边缘变成切屑,切屑形成区的压应力和摩擦力会对切削力产生影响。
  金属切削是一种塑性变形过程。为观察和预测钛合金切削过程中的切削力,开发了DEFORM 2D软件来模拟切削过程。该软件使用有限元方法模拟纯塑性或弹塑性变形过程的动力学。
  切削力是切削过程的重要参数,是被切削材料可切削性的主要表征,主要受刀刃的材质、切削过程、被切削材料、切削区参数、刀刃形状、切削环境条件,如切削液,摩擦等因素影响。切削钛及钛合金时,一般粗切削时使用60 m/min的速度,精切削时使用250 m/min的速度。使用DEFORM 2D软件模拟Ti-6Al-4V合金、1级和2级工业纯钛切削加工的切削力时,仅考虑切削速度和切削深度两个参数,并选定切削速度为60 m/min,切削深度为1 mm,刀具倾斜角为5°。通过模拟,获得了切削区的有效应变、有效应力以及切削变形区温度等输出数据,这也是被切削材料切削性能的评价指标。从模拟结果看,随着钛合金纯度的降低,切削应力和温度提高,应变降低。切削应力的这一变化与其拉伸性能的变化一致。同时,增大刀具倾斜角,切削应力降低。
  模拟获得了切削力的预测公式:Fc= (2…10) σr·f·ap
  式中,σr为被切削材料的抗拉强度,f为进给量,ap为切削深度,括号内的数字为切削力系数,对于高强度材料,其最小切削力系数为2,对于低强度(脆性)材料,其最大切削力系数为10。
  用DEFORM 2D软件模拟切削过程,可优化切削过程条件,避免时间和成本浪费,但由于软件成本较高,且需要确认等,故对所有金属进行切削过程模拟是不现实的。
 
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