34、钛合金加工与超声变幅杆频率校正研究

钛合金加工与超声变幅杆频率校正研究

钛合金加工有限元分析

在钛合金加工领域，对于不同热处理状态（退火、β退火和固溶处理加时效）的Ti54M合金，基于有限元方法对切削力和刀具温度进行分析，以预测和分析切削过程。这是首次尝试使用有限元方法对这种新开发的钛合金的加工性能进行建模。

有限元建模

采用有限元软件Abaqus® explicit 6.12对三种热处理样品在干式加工条件下的加工过程进行建模。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，使复杂过程快速简化。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。刀具单元与参考点耦合以提供边界条件，可在参考点测量切削力，此时刀具单元应力为零。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，不同区域的摩擦系数分别设置为1、0.8和0.5。
- 材料模型 ：通过失效后元素的去除来模拟切屑形成，元素删除基于材料原始刚度的退化。采用Johnson - Cook（JC）本构材料模型来定义加工过程中的变形，该模型适用于高应变率过程，能定义与温度相关的材料特性。相关材料特性和JC常数如下表所示：
|材料属性|STA/退火/β退火|
| ---- | ---- |
|密度 (kg/m³)|4400|
|拉伸模量 (GPa)|124/110/117|
|非弹性热分数, β|0.9|
|泊松比, ν|0.32|
|温度 (°K) 比热容量 Cm (J/kg K)|7