34、钛合金加工有限元分析与超声变幅杆频率修正研究

钛合金加工有限元分析与超声变幅杆频率修正研究

钛合金加工有限元分析

在钛合金加工中，准确预测切削力和刀具温度对于优化加工过程至关重要。本文主要针对不同热处理条件（退火、β退火和固溶处理加时效）下的Ti54M合金，基于有限元方法对其切削过程进行预测和分析。

有限元建模

采用有限元软件Abaqus® explicit 6.12对三种热处理样品的干加工过程进行建模。该FEM模块有两个输入支持：数值公式和切屑形成机制。
- 数值公式 ：将车削操作转换为二维正交加工，简化复杂过程。工件通过给底部节点赋予速度成为移动体，刀具固定切割材料。刀具元素与参考点耦合以提供边界条件，可在参考点测量切削力，此时刀具元素应力为零。刀具和工件初始温度设为300°K（室温），采用四节点平面应变热耦合四边形单元（CPE4RT）。刀具面分为三个区域，不同区域设置不同摩擦系数，分别为1、0.8和0.5。
|区域|摩擦系数|
| ---- | ---- |
|区域1|1|
|区域2|0.8|
|区域3|0.5|
- 材料模型 ：通过去除失效元素来模拟切屑形成，元素删除基于材料原始刚度的退化。采用Johnson - Cook（JC）本构材料模型定义加工变形，其等效应力公式为：
[
\sigma_{eq} = \left(A + B\varepsilon_{p}^{n}\right)\times\left(1 + C\ln\frac{\dot{\varepsilon} {p}}{\dot{\varepsilon} {P0}}\rig