基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析

基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析摘要钛合金具有出色的机械性能和良好的惰性化学性能，使得钛合金在飞机、火箭、轮船、医疗器械等领域有着广泛的运用。但是，钛合金材料的出色物理和化学特点，也让其加工困难成为行业内出名的材料。本设计通过deform-3D有限元模拟软件对车削钛合金的加工过程进行仿真模拟，建立出钛合金的刀具的几何模型，材料模型，刀具磨损模型这里要认真写，写自己的研究内容，做了什么，这里写的太省略了。。对刀具的几何参数和车削要素进行分析，选择相对应的三个参数，通过正交设计实验方法设计车削模拟得出相应的模型方案。通过DEFORM-3D软件对得出的参数方案，进行分析，得出结果。通过对结果数据的分析,发现切削刀具的几何参数和切削用量对钛合金加工时的切削热度和切割力都有影响;当切削要素不变时,刀具角度上的前角对切削力的影响最大,后角和容屑槽大小几乎不影响;前角和后角对切削温度的影响几乎相等,容屑槽最小。当刀具拥有相同的几何参数时,影响切削热度和切削力度最大的因素切割速率，随后是进给速度，进给深度最小。这里要认真写，写自己的研究内容，做了什么，这里写的太省略了。关键词：容屑槽尺寸；前角；后角；切削力；刀具几何参数；钛合金20202020届目录1绪论 11.1本设计的目的、意义 21.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题 21.3本设计应解决的主要问题 32基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析 42.1有限元模型的建立 42.2刀具几何参数对切削力，切削温度影响的三维正交实验设计 92.2.1钛合金的车削参数选择 92.2.2正交设计变量的确定 92.2.3正交试验设计方案 92.2.4后处理结果对比分析 102.2.5数据分析处理 132.3切削用量对切削温度和切削力影响的三维正交试验分析 162.3.1钛合金的车削参数选择 162.3.2正交设计变量的确定 162.3.3正交实验安排 172.3.4后处理结果对比分析 182.3.5数据分析处理 213结论 23参考文献 24谢辞 25PAGE6论文结构太乱了，先后逻辑关系都不好，按我后面批注里的顺序写。论文结构太乱了，先后逻辑关系都不好，按我后面批注里的顺序写。1绪论绪论绪论在上世纪50年代初，钛合金被开发成为一种结构重要的金属，是具有出色的机械性能和良好的惰性化学性能的金属。在上世纪50年代至60年代，发展成为航天领域里重要的结构金属，并被大规模使用于制造飞机。在70年代初，钛合金的耐腐蚀性被再提升了一个层次，从钛合金被开发使用到现如今，钛合金无论是防腐蚀性还是机械物理性能都得到了极大的发展。现在，钛合金在各个领域里都有其运用，特别是航天航空领域和国防领域，钛合金都被用来作为重要的结构金属材料。钛合金无论是在硬度上，机械性能上还是在韧性上，都是十分之好的。但同时，钛合金优秀的特点，也使得其在工艺处理，切割性能上十分之差。因此，钛合金的生产过程十分复杂。在加工钛合金的过程中，很多时候会出现切削热度过高，挤压变形太小，导致在部分区域的切削力过大，使得刀具极易破坏，出现刀具加工使用寿命度低，很难保证加工出来的金属质量等问题。通过车削过程，分析钛合金车削时的切削热度和切削力的大小，进而提升刀具的加工使用寿命和改善加工质量是分析车削钛合金加工的普遍和极其有效的方法，由于通过现实实际机床加工钛合金的话，那么实验需要耗费高昂的费用同时也需要消耗大量的实验时间，所以通过计算机仿真模拟软件DEFORM仿真车削钛合金的过程是常用的方法。DEFORM有限元分析系统是为专门用于研究模拟金属塑性成形而所开发出来的一套软件。是美国SFTC公司所创，是利用计算机的算法来构造实际加工条件，从而可以快速的得出加工结果；在电脑模拟整个的加工过程，这样可以用少量的成本来完成实际加工，降低加工生产所需要的材料成本，加快分析设计新产品的分析时间。DEFORM是由三个模块组成：前处理模块，仿真模拟分析模块，后处理模块，是有模块总成的有限元仿真系统。它是一套用于金属塑性加工，热处理等的模拟系统，具体地用于金属分析的过程中，把形成各种金属的三维流动，温度变化用电脑算法来产生其相对应的数据。本文基于DEFROM对钛合金的车削过程进行模拟仿真，研究钛合金在加工过程中不同刀具几何要素和切削用量对剪切力、切削热度的影响。多因素多层次的正交试验研究设计方法，是基于伽罗瓦的理论设计的。这个方法的原理是：选择一部分具有重要程度的组合代替全部试验的组合，分析这部分重要的组合结果，来类别，推测出最合适的组合。1.1本设计的目的、意义钛合金是一种在是国防领域，工业领域中大量使用的新型重要结构材料，现在世界上的国家都在研究如何在不降低钛合金性能特点的情况下，提高加工工艺水平，以降低加工成本，推向市场。而在车削钛合金时，过大的硬度将加工过程变得非常困难，硬度过小将会出现刀具与切割金属的粘连，使其难以切割。钛合金高硬度是难切削的一个方面，而且由于化学，物理和机械性能之间的集成特征，这是关键影响钛合金的可加工性，这使得钛合金加工成本变得非常昂贵。所以通过研究车削钛合金时对切削温度和切削力影响的因素，可以根据其因素影响的程度，优化车削过程，改进存在的问题，降低加工的成本，加快钛合金进入民用工业领域的进程，为国家掌握加工21世纪最重要的金属-钛合金有着很深远的意义。在车削钛合金时，根据切削温度和切削力的产生原理，可以把影响因素分为两大部分：刀具的几何参数和切削要素。切削热度和切削力度，会对刀具的使用加工寿命和破坏程度产生直接的重要影响，而且对钛合金工件加工的精密度和已经切割的表面品质有着密切的联系，所以研究影响车削钛合金时，切削力和切削温度的影响因素，影响程度有着很重要的意义，并且是提高加工效率和延长刀具寿命十分重要的前提。通过DEFORM软件模拟车削钛合金过程，用有限元法模拟车削过程获得其不同的影响数据继续进行分析，不仅有利于更好的了解钛合金切削加工特性，而且为优化加工钛合金的刀具提高有利的数据。在掌握钛合金的车削变化特点后，在实际加工过程中，可以增加刀具的使用寿命，提高加工效率，使得车削钛合金的优点发挥到最大，突出其优秀的物理特点。能从根源上减少车削钛合金的成本的同时，提升钛合金物理性能。通过DEFORM软件的功能，可以模拟仿真各个需要的模型方案，减少真实加工的时间成本，降低材料费用，节省试验经费，为实际的加工生产提供数据指导和理论支持。1.2本设计在国内外的发展概况及存在的问题国内外在对钛合金的车削过程分析问题上，做了很多的研究。特别是在研究刀具加工使用寿命度和破坏上取得了相当大的成果。在国内，南通职业大学的江苏东基于DEFORM-3D的钛合金切削进行有限元仿真，天津理工大学机械工程学院的何志祥等用DEFORM-3D软件分析不同的切削用对车削钛合金的温度变化进行有限元研究。江苏科技大学的机械工程学院的严帅等使用正交实验设计方法，用DEFORM软件研究钛合金的切削仿真。兰州理工大学的张晓利用DEFORM软件对高速车削钛合金进行仿真研究，分析工件最大应力的变形区域，为优化刀具提供理论支持。国外的Hacisaglam等选用不同的前角角度来分析车削钛合金时的特点变化，分析出钛合金在不同的刀具的前角角度下，切削力度大小、切削热度有何变化规律。AGente等人研究不同的切削速度对车削钛合金的影响。当速度达到150-960m/min的时候，切削力和切削速度之间的联系关系。国内外做了很多这样的车削钛合金的实验，通过DEFORM软件模拟出钛合金的车削过程，来了解钛合金的特点，车削时的动，净态的变化，分析钛合金车削时的温度和切削力变化。虽然国内外通过DEFORM模拟车削钛合金的实验很多，但很少运用正交实验法的方法模拟仿真，也很少会有同时把刀具几何参数与切削要素放一起进行分析，研究其各自对切削热度、切削力度的影响的试验。本文实验就是通过两个三维正交实验，找出刀具几何参数和切削用量重要的三个参数，进行三维正交实验分析得出数据，通过数据分析刀具几何参数和切削三要素，对切削力度和切削热度的影响，并总结出规律，以加快实际的加工生产时间，降低时间花费成本。1.3本设计应解决的主要问题本设计实验主要解决的问题主要有三大部分：建立正确的DEFORM模型；建立三维正交实验方设计方案；方案的模拟仿真结果分析。先后顺序不对，要先建立正确的模型，然后分析结果正确再建立三维的正交实验，最后对结果分析。先后顺序不对，要先建立正确的模型，然后分析结果正确再建立三维的正交实验，最后对结果分析。建立正确的DEFORM模型：通过学习DEFORM软件，通过查阅资料，清楚钛合金的物理特点，在车削钛合金所需要创建的模型。了解车削钛合金时摩擦系数，钛合金的材料模型公式，刀具的破损模型公式，并利用DEFORM软件根据公式，建立出需要的模型，再模拟仿真实验。建立三维正交实验方设计方案：通过了解车削金属时刀具几何和切削用量的主要影响因素，找出其重要的三个因素，并进行因素参数选择。选择合适的参数后，进行三维正交实验，得出九个模拟实验安排的方案。方案的模拟仿真结果分析：根据所得出的九个方案，在DEFORM有限元软件进行仿真模拟，把模拟出来的数据，通过极差分析法分析出各自因素对车削钛合金时的影响程度，并做出横向对比，得出结论。2基于DEFORM-3D的钛合金车削加工过程分析本设计分为两大部分，一部分是不同的刀具几何参数对切削力度和切削热度的影响，下一部分是不同的切削用量对切削力度和切削热度的影响，用DEFORM软件建立工件和刀具的几何模型；根据正交实验设计方法，改变刀具的几何参数和切削要素，建立出不同的刀具模型。使用DEFROM软件用不同的刀具几何参数和切削用量，其他条件确保不变的情况下，车削同一条件下设置的钛合金工件模型，得出不同的切削热度和切削力度的数据。最后进行数据分析。用正交实验设计方法选取部分实验代替全部实验，利用DEFORM有限元软件分析车削加工时的切削热度，切削力度变化做出系统研究，获得车削实验的状态变量这里不要用序号，这是本章内容的一个概述，很重要的。这里不要用序号，这是本章内容的一个概述，很重要的2.1有限元模型的建立2.1.1几何模型这里有序号这里有序号2.1根据刀具几何参数特点和切削用量组合建立其对应的几何模型，每次模拟中除刀具几何参数用量组合或刀具切削用量外，其他参数均不变。为了方便观察与计算，利用DEFTOM建立2D和3D模型，3D模型便于观察温度的变化和聚集的区域，2D模型便于观察力的方向，通过2D和3D的模型，更好的分析出钛合金的车削变化。建立3D模型时，对车削的模拟仿真可以用两个模块进行。一个是pre模块，一个是3Dcutting模块。3Dcutting模块是对切削过程进行的简化合成，方便操作。Pre模块是DEFORM的经典前处理模块，能对任何实际加工情况进行模拟，相对于3Dcutting模块而言，其仿真设置虽然复杂，但是模拟仿真的条件设置更多，更能贴近真实的加工情况。在导入工件与刀具的几何模型后，需要对其进行网格划分，在输入所以需要构建材料模型、限制加工边界，设定材料散热表面。最后是对刀具与工件相对运动的参数设置，模拟步数的设置，工件与刀具之间的关系等。所以为了使模型更加准确，仿真模拟更加真实，选用经典模块来建立3D模型。1）打开经典模块，在经典模块的前处理系统里，导入工件几何。如图2.1所示。图2.12）在DEFORM软件里，用绝对网格方式对工件几何模型进行划分。网格数量为32000个，最小单元尺寸设为0.004mm，比率为6，窗口中单元尺寸为最小尺寸0.004如图2.2所示。导入钛合金的材料模型，添加工件边界条件，选定工件散热表面。工件的3D模型，如图2.3所示，绿色表面为散热表面。图2.23D工件模型图2.3散热表面4）导入刀具几何模型，通过相对划分形式进行网格划分，网格数量为10000个，细化窗口尺寸比率为0.1，导入刀具的材料，便建立好刀具的3D模型，表2.1为3D模型的数据。图2.3刀具3D模型表2.1模型数据摩擦因素0.6生成元素种类四面体单元刀具/工件网格数10000/35000热传导系数45环境温度20由于3D的模型仿真模拟需要大量的运算，为了加快电脑模拟仿真分析，设定步数800步，每10步保存一步。建立2D模型，是为了便于运算出结果，加快分析时间，所以使用DEFORM的2D车削模块。在2D的车削模块中，可以选择所需要的刀具类型，并且直接绘画出需要的刀具几何参数十分方便，如图2.4。也可以绘画工件的参数，如图2.5图2.4图2.5根据三维正交试验的试验模型，输入绘画出刀具后，划分网格。网格数量为700个。然后导入刀具材料，便建立好了刀具的2D模型，如图2.5图2.6刀具2D模型建立一个塑性，宽度为3，高度为0.7的工件模型，划分网格，网格数量为25，导入钛合金的JC本构方程模型，工件2D模型，如图2.7。图2.7工件2D模型根据三维正交试验设计模型，分别建立两个相同的工件模型，但刀具不同，一个根据正交实验设计方法变化几何参数的几何模型（a），另一个是把几何参数固定的几何模型（b）。通过这两个几何模型可以对比出切削用量，几何参数分别对车削钛合金的影响程度，仿真步数7818步，每10步保存一步。模型如图2.8所示（b）图2.8几何模型2.1.2刀具材料的选择DEFORM-3D有限元模拟软件里有着丰厚的材料库，同时也可以根据自己所要的材料，自定义材料属性。本次设计研究钛合金的车削分析，而车削钛合金时，刀具的材料是对切削热度、切削力度的重要作用因素。在车削时刀具的损坏的主要原因是后刀面的材料被磨损引起的，因为钛合金强度高，物理机械性能好，是难以切削的材料。所以刀具的材料选用WC。2.1.3材料模型每种金属材料都有其对应发生弹性形变时的特点，而这些特点我们名为弹性模量E和泊松比。想要构建材料模型，就要用流动应力模型来表达出材料的塑性应变和弹性形变，其流动应力模型会会根据这些变量变化成流动应力方程。综合以上影响因素，我选用切割最常用的流动应力方程Johnson-cook模型来所表达材料模型。σ=A+Bθ式（1）中，σ为流动应力；A,B,C.n,m是为自身确定所述材料的特性常数；材料熔点为Tm，Tr是室温；ε0为参考应变速率；A+BεPn表示应变εP对流动应力σ的影响1+ClnεPε本文采用的钛合金材料的流动应力模型为σ=式（2）中的各系数是参考大量钛合金材料模型特点的文献后来的。表2.2为钛合金其他的物理性质表。表2.2钛合金的物理性质表材料杨氏弹性模量（GPa）泊松比热扩散系数（m2/s）热传导率（W/m·K）热容量（J/kg·K）钛合金1140.349.6×10-65.445202.1.4刀具磨损模型刀具磨损模型主要是用方程的形式来表达出，刀具和工件切削时，所发生的磨损。而这些磨损包括刀具因为加工而破损的体积，工件和刀具两者之间相对的运动速度，工件和刀具上下挤压所产生的压力，和切削加工中的各个参数。Archard模型和Usui模型都是用来描述刀具磨损所提出来的模型。Archard模型针对的主要是硬度大的材料和软性材料之间所发生的切削摩擦导致的磨损,Usui模型主要针对于两个材料之间需要连续切削摩擦所造成的磨损。在DEFEORM软件里进行的车削钛合金分析是属于需要持续进行的加工状态，因此采用Usui模型，公式如下：w=apV式（3）中的w为破损深度，P为接触之间的压力；v为材料之间的运动速率；T为材料的温度（绝对度数）；dt为时间的变化；a，b为根据实际分析结果所获得的系数；a取0.0000001，b取10002.2刀具几何参数对切削力，切削温度影响的三维正交实验设计2.2.1钛合金的车削参数选择在一般情况下，车刀的几何参数选择范围如表2.1表2.1车刀几何参数表车削前角a后角b容屑槽大小c（mm）数值12°-16°9°-15°0.3-0.5这部分仿真模拟分析是车削钛合金的刀具几何参数对切削热度、切削力度的影响。其中，在所有的切削参数，最重要的是切削深度。在车削时，较大的切削深度可以确保高度的金属去除率和刀具一定的寿命耐用度，因此，选择尽可能大的进给深度ap，以减少车刀的次数，从而减少刀具的损耗。但是背车刀量ap过大，会造成闷车现象，表面太粗糙。因此，车削钛合金时，进给深度ap的选用大部分为5mm。进给速度f是根据一些因素来决定的，如机床的进给机构所能承受的硬刚度，刀杆所能承受的冲击度，以及所选择的刀具材料和的进给深度等。切削速率Vc是基于切削深度，进给速度和刀具的使用寿命度来决定的。因为工件材料是钛合金，这是一种经典的难加工材料，故本文的研究,保持刀具切削参数不变，并选择进给速度ap=3mm和切削深度f=0.2mm/r，切削速率v=25m/min。2.2.2正交设计变量的确定在车削钛合金的过程中，有很多的要素都会影响车削时的车削温度和切削力的变化。想要用三维正交设计实验方法进行分析，就必须在很多影响车削加工的要素中，找出比较重要的三个进行试验，来代替全面试验。在这部分分析的是几何参数的影响，在参考大量文献后，选用其重要的三个要素前角，后角，容屑槽大小，作为正交设计试验方法的变量，其他因素保持不变。2.2.3正交试验设计方案多因素多层次的正交试验研究设计方法，是基于伽罗瓦的理论设计的。这个方法的原理是：选择一部分具有重要程度的组合代替全部试验的组合，分析这部分重要的组合结果，来类别，推测出最合适的组合。本次实验是三因素三层次的正交实验设计，根据所选的正交设计的三个变量，制定三因素三水平表，再通过这个表，根据正交试验方法设计出九个试验安排表。三因素三水平取值表如表3.1，实验安排表如表3.2。表3.1模拟实验三因素三水平取值表水平因素A前角因素B后角因素C容屑槽大小123121416912150.40.50.6表3.1模拟实验安排序号因素A因素B因素C1234567891212121414141616169121591215912150.40.50.60.50.60.40.60.40.52.2.4后处理结果对比分析切削力切削力分许车削钛合金的重要数据。在实际加工过程中，当金属层被切割时，切割加工的金属表面层因为切削力发生变形，使得材料发生弹性和塑性变形，切削力由静态开始聚集，使得切割力增大。随着车削过程的进行，应力会在刀具尖头附近的刀刃上浓缩靠拢。金属收到的切割应力超过材料能够接受切割力的范围之外，这部分金属材料会被剔离，随后切削力将减小。这个过程会随着加工的进行持续发生，所以加工过程中的切削力会围绕在一个固定值处震荡，保持平衡稳定的值。如图4.1，4.2所示。图为X,Y轴上切割力跟随时间变化的曲线图。取，进给深度f=0.2mm/r，进给量ap=3mm，切削速度25mm/min。图4.1X轴切割力变化时间曲线图图4.2Y轴切割力变化时间曲线图从图中可以看出，刀具刚开始切削，剪切应力不断的增大，直至超过材料所能承受切削力的极限强度，材料被切削剥离，静态剪切应力转化为动态的滑动应力，切削力趋于平稳。因此，用等效应力来代替X,Y轴的载荷变化数据。根据前面所建立的9个正交实验的模型，输入对应的刀具几何参数组合，经过仿真模拟计算处理后，进入后处理界面，观察3，6，9组的实验数据，得出的最大值的切削力柱状图，依次如图4.3所示。下表4.1记录每组仿真模拟实验的最高等效应力图4.3后处理等效切削应力柱状图表4.1拟仿真实验等效切削应力分布记录表序号等效切削应力序号等效切削应力序号等效切削应力116902169031690417005170061700717208172091720切削温度切削温度是作用在车削钛合金过程的重要数据，在其加工过程中，刀具和工件摩擦并剥离材料，这个过程中产生的热量会使切削温度升高。但如果材料的导热性过好，会使得产生的热量通过散热，散去大量的热量，所以产热多少并不一定是影响切削热的因素。只有吸收大量热量且不易散热的部分区域温度高。切削过程中，大部分消耗能量会转化为热量，储存在被切割的金属中。而产生的切削热会使温度上升，这是直接影响工具寿命和耐磨性的重要因素。切削温度也会改变工件材料的性质。堆积边缘的影响将导致其生成和消失。所以切削温度是车削钛合金过程的重要数据。如图4.4所示，切削速度25mm/min，进给速度ap=3mm，进给深度f=0.2mm/r的切削温度变化的曲线图。图4.4切削温度变化柱状图根据前面正交实验方法设计出九个试验安排表，控制其变量变化，经过仿真模拟计算后，进入得到结果的处理界面，观察第3，6，9组的实验数据，相对应的切削温度柱状图依次如图4.5所示。表4.2为切削模拟仿真过程中，最高的温度记录。图4.5处理切削温度柱状图表4.2最高温度分布记录表你论文里所有表格都太难看了，你自己参考别人论文里的三线型表格看看你论文里所有表格都太难看了，你自己参考别人论文里的三线型表格看看序号温度序号温度序号温度1794280237974789579267947792879697902.2.5数据分析处理为了各刀具几何参数对刀具切削温度，切削力的影响变化，利用三维正交实验设计法对车削钛合金时，刀具几何参数作为变量进行的模拟仿真车削实验。通过极差分析法把得到的数据进行可视化分析。极差分析法的原理为：通过K来表示有一个相同的变量时所对应的实验结果数据之和，根据K值的大小，来判断出其他不同变量对实验的影响程度，通过总和相减所得到极差，对应当变量发生变化时，结果所发生的波动变化，是判断上下值变化的指标。根据Rij的大小可以判断出对实验的作用程度，Rij的表达公式为：Rij=maxKij-maxKij，Kij为Kij的平均值。因此，下面的表中A，B，C分别为前角，后角和容屑槽大小。K1，K2，K3行的三个数据分别是前角，后角，容屑槽大小的一个变量相同时所对应的切削温度/切削力的之和。K1，切削力表5.1刀具切削力正交实验结果编号ABCT123456789K1K2K3KKK极差R主次顺序12 12 12 14 14141616 16 507051005160169017001720309121591215912155110511051101703.331703.331703.330A>B=C0.40.50.60.50.60.40.60.40.55380538053801793.331793.331793.330169016901690170017001700172017201720可知，刀具的切削力变化规律符合如下规律：前角增大，切削力随之增大，后角和容屑槽大小并不影响切削力的大小。有限元分析结果同实际情况相同，模型可靠，具有预测指导性。切削温度表5.2刀具切削温度正交实验结果编号ABCF123456789K1K2K3KKK极差R主次顺序12 12 12 14 14141616 16 239323752378797.67791.67792.675912159121591215237523902381791.67796.67793.675A=B>C0.40.50.60.50.60.40.60.40.5238423812381794.67793.67793.671794802797789792794792796790上表可知，刀具的切削温度变化规律符合如下规律：在切削钛合金过程中，前角、后角和容屑槽大小都对切削温度有影响，而其中前角和后角对切削温度的影响最大，几乎相等，影响最小的是容屑槽大小。要在分析结束后增加一句“有限元分析结果同实际情况相同，模型可靠，具有预测指导性。有限元分析结果同实际情况相同，模型可靠，具有预测指导性。要在分析结束后增加一句“有限元分析结果同实际情况相同，模型可靠，具有预测指导性。2.3切削用量对切削温度和切削力影响的三维正交试验分析这个题目不好，重新想，这是什么意思我都没看懂这个题目不好，重新想，这是什么意思我都没看懂2.3.1钛合金的车削参数选择在一般情况下，车削钛合金时的切削用量范围如下表3.1表3.1切削用量范围表车削切削速度进给速度进给深度V（m/min）f（mm/r）a（mm）数值25-350.2-0.42-5本部分分析的是车削钛合金时刀具的切削要素对切削温度、切削力的影响。刀具后角是所有几何参数中对车削钛合金的影响是灵敏的。由于金属层被切割时，弹性恢复大和加工硬度大，使得其在正常情况下，一般为了使切削刀易于切割金属层，减少对后刀面的破坏，它会采用比较大的后角。然而，角度过大时，刀具的强度会被大大的削弱，刀刃很容易崩断；而刀具后角小于15度时，会出现刀具和工件粘连现象。因此，在车削钛合金的时候，在大部分的情况下，选择后角为15度的车刀，后角为15度的车刀刀刃比较锋利，能有效的减少热量聚集，更好的降温散热，很符合这次的设计研究，所以本次设计选用的车刀后角为15度。在车削钛合金的时候，由于会产生比较高的切削温度，使得车刀与空气中的元素发生反应，形成一种化合物依附在车刀表面。这种化合物硬度大脆度高，使得刀具切削时手里不均匀，加快刀具的磨损，甚至会产生崩刃现象。为了应对这样的情况，通常会采用前角较小的值，因为钛合金的塑性特点，使得车削钛合金时，前刀面与工件的接触面积小，这样可以增加前刀面和切削出来的屑两者之间的接触面积，使切削热和切割刀具的压力不过度浓缩聚集在刃口处，选用小值前角，这样既可以帮助热量被耗散，也可以加强切削刃口，以避免因为切削力过度聚集而产生的碎裂。综合上述因此，用硬质车刀车削钛合金时，最佳前角14度。所以，在这次设计研究过程中，保持刀具的参数不变，选取的刀具参数为：刀具前角y=14度；刀具后角a=15度。2.3.2正交设计变量的确定在车削钛合金的过程中，有很多的要素都会影响车削时的车削温度和切削力的变化。想要用三维正交设计实验方法进行分析，就必须在很多影响车削加工的要素中，找出比较重要的三个进行试验，来代替全面试验。在这部分分析的是切削用量的影响，在参考大量文献后，选用其重要的三个要素切削速度V，进给速度f，切削深度a作为正交设计试验方法的变量，其他因素保持不变。2.3.3正交实验安排多因素多层次的正交试验研究设计方法，是基于伽罗瓦的理论设计的。这个方法的原理是：选择一部分具有重要程度的组合代替全部试验的组合，分析这部分重要的组合结果，来类别，推测出最合适的组合。本次实验是三因素三层次的正交实验设计，根据所选的正交设计的三个变量，制定三因素三水平表，再通过这个表，根据正交试验方法设计出九个试验安排表。三因素三水平取值表如表3.1，实验安排表如表3.2。表3.1模拟实验三因素三水平取值表水平因素A切削速度v（m/min）因素B进给速度f（mm/r）因素C进给深度a（mm）1232530350.20.30.4235表3.2模拟实验安排序号因素A切削速度v（m/min）因素B进给速度f（mm/r）因素C进给深度a（mm）1234567892525253030303535350.20.30.40.20.30.40.20.30.42353525232.3.4后处理结果对比分析切削力切削力是车削的重要研究现象之一。切削力会使切削热产生，让刀具磨损，破坏，影响加工精度和降低加工寿命的一个直接因素。在实际加工过程中，当金属层被切割时，切割加工的金属表面层会的弹性变形和塑性变形，使得切割力增大。随着车削过程的进行，应力会在刀具尖头附近的刀刃上浓缩靠拢。金属收到的切割应力超过材料能够接受切割力的范围之外，这部分金属材料会被剔离，随后切削力将减小。这个过程会随着加工的进行持续发生，所以加工过程中的切削力会围绕在一个固定值处震荡，保持平衡稳定的值。如图4.1；4.2所示。图4.1，图4.2为X,Y轴上切割力随着时间变化的曲线图。取值，前角14度，后角15度，进给深度f=0.2mm/r，进给速度ap=3mm，切削速度25m/min，图.4.1X切割力变化时间曲线图图4.2Y轴切割力变化时间曲线图如图可以看出，最高切削力在刚开始时，切削力要把材料剥离出来，要由静态转为动态，就要超过材料所能承受的强度极限。切削力超过时，呈现最大值，随后切削力趋于平静。因此，用等效应力来代替X,Y轴的载荷变化数据。根据前面所建立的9个正交实验的模型，输入对应的切削用量三要素参数组合，经过仿真模拟计算处理后，进入后处理界面，观察3，6，9组的实验数据，得出的切削力的数据依次如图4.3所示。下表4.1记录每组仿真模拟实验的最高等效应力。图4.3后处理等效切削应力柱状图表4.1拟仿真实验等效切削应力分布记录表序号等效切削应力序号等效切削应力序号等效切削应力116902168031690416905170061680718108170091690切削温度切削温度是作用在车削钛合金过程的重要数据，在其加工过程中，刀具和工件摩擦并剥离材料，这个过程中产生的热量会使切削温度升高。但如果材料的导热性过好，会使得产生的热量通过散热，散去大量的热量，所以产热多少并不一定是影响切削热的因素。只有吸收大量热量且不易散热的部分区域温度高。切削过程中，大部分消耗能量会转化为热量，储存在被切割的金属中。而产生的切削热会使温度上升，这是直接影响工具寿命和耐磨性的重要因素。切削温度也会改变工件材料的性质。堆积边缘的影响将导致其生成和消失。所以切削温度是车削钛合金过程的重要数据。如图4.4所示，为前角14度，后角15度，切削速度25m/min，进给速度ap=3mm，进给深度f=0.2mm/r的切削温度变化的柱状图。图4.4切削温度变化柱状图根据前面正交实验方法设计出九个试验安排表，控制其变量变化，经过仿真模拟计算后，进入得到结果的处理界面，观察第3，6，9组的实验数据，相对应的切削温度柱状图依次如图4.5所示。表4.2为切削模拟仿真过程中，最高的温度记录。图4.5处理切削温度柱状图表4.2最高温度分布记录表序号温度序号温度序号温度1870287239014900591369087934892699352.3.5数据分析处理为了各刀具几何参数对刀具切削温度，切削力的影响变化，利用三维正交实验设计法对车削钛合金时，刀具几何参数作为变量进行的模拟仿真车削实验。通过极差分析法把得到的数据进行可视化分析。极差分析法的原理为：通过K来表示有一个相同的变量时所对应的实验结果数据之和，根据K值的大小，来判断出其他不同变量对实验的影响程度，通过总和相减所得到极差，对应当变量发生变化时，结果所发生的波动变化，是判断上下值变化的指标。根据Rij的大小可以判断出对实验的作用程度，Rij的表达公式为：Rij=maxKij-maxKij，Kij为Kij的平均值。因此，下面的表中A，B，C分别为切削速度v，切削速度f和切削深度ap的大小。K1，K2，K3行的三个数据分别是切削速度v，切削速度f和切削深度ap的一个变量相同时所对应的切削温度/切削力的之和。切削力表5.1切削力三维正交实验结果编号ABCF123456789K1K2K3KKK极差R主次顺序25 25 25 30 30303535 35 5050507052001683.3316901733．33500.20.30.40.20.30.40.20.30.451905080505017301693.331683.3346.67A>B>C23535253250705060519016901686.67173043.33169016801680169017001680181017001690上表可以看出，刀具的切削力按以下规律变化：切削速度V，进给速度f，进给深度a变大，切削力变大，但三者的影响程度是不一样的，在影响切削力方面，其中切削速度v最显着，随后到进给速度，进给深度a的影响是最低的。有限元分析结果同实际情况相同，模型可靠，具有预测指导性。切削温度表5.2切削温度的三维正交实验结果编号ABCT123456789K1K2K3KKK极差R主次顺序25 25 25 30 3030353535 264327092795881903931.6750.670.20.30.40.20.30.40.20.30.4269627142749898.67904.67916.3317.66A>B>C235352523271727072735905.67902.33911.679.33870872901900908913926934935从上表可以看出，刀具的切削温度变化规律符合以下规律：切削钛合金过程中，切削速度V，进给速度f，进给深度a增加，切削温度增加，但是三个因素的影响程度不同，其中切削速度V的影响最为显著，随机到进给速度f，进给深度a的影响最小。有限元分析结果同实际情况相同，模型可靠，具有预测指导性。3结论写出一个大的总结，说明各参数对切削的影响效果如何，与实际相比是否符合，与实际切削数据的误差情况，出现问题的原因。写出一个大的总结，说明各参数对切削的影响效果如何，与实际相比是否符合，与实际切削数据的误差情况，出现问题的原因。通过对结果数据的分析，发现切削刀具的几何参数和切削用量对钛合金车削时的切削温度和切削力都有影响；当切削用量不变时，刀具几何参数的前角对切削力有影响，后角和容屑槽大小几乎不影响；前角和后角对切削温度的影响几乎相等，容屑槽最小。当刀具拥有相同的几何参数时，切削参数中的切削速度，对切削力的影响程度最大，进给速度第二，然后最小的是进给深度；影响切削温度最为显著的是切削速度，随后是进给速度，进给深度最小。在比较刀具的几何参数和切削用量影响程度之下，刀具的几何参数影响切削力，切削温度程度甚微，几乎可以忽略不计；而切削用量显著影响，因此，认为切削量是影响车削钛合金的主要因素。在分析切削用量时，曾出现进给深度的影响程度比进给量高，随后检查原因，发现是数据输入有误所导致，解决后，重新通过极差分析法分析的结果与实际保持一致。但本文模型中切削温度明显偏高，估计原因为:（1）模型设置中的散热系数，传热系数与是实际切削是有所出入，模型的产热、散热与实际不符，导致热量大量聚集模型的刀具中，影响切削温度。（2）模型中的工件与材料为理想材料，不存在任何杂质。而实际切削，刀具与工件会因为空气，技术问题等，产生各种杂质影响实际温度，使得实际温度比模型温度低。最后得出的结论规律与实际切削得出结论规律一致，因此，可以认为模型可靠，具有预测指导性。所以，可以根据试验结果认为车削钛合金时，在切削力和切削温度两者的影响下，为了提高钛合金的处理效率，可以选择较少的切削速度，较大的进给速度和进给深度，这样可以在确保切削力没有大幅度下降的情况下，减小切削刀具的温度，从而增加了刀具的寿命，提高了刀具的耐用性，减少加工成本。参考文献刘东，陈五一，钛合金TC4切削过程流动应力模型研究[J].塑性工程学报，2008.15（1）：167-171代宝林，周丽，黄树涛，徐立福，基于DEFORM的整体CBN刀具切削钛合金的有限元分析.沈阳理工大学论文.2012年第46卷No.10严帅，王明建，胡小康，陆益，任加隆，基于DEFORM-3D的钛合金切削仿真研究江苏科技大学，机械工程学院，组合机床与自动化加工技术2014年10月第10期何志祥，胡亚辉，尹成君，基于DEFORM-3D的钛合金车削温度的有限元研究，天津理工大学机械工程学院，中国农机化学报.2014年7月第35卷第4期3张晓，勒伍银，基于DEFORM3D的钛合金高速车削有限元仿真，兰州理工大学，2017年第51卷NO.8耿国盛，许九华，等，高速铣削近a钛合金切削温度的研究【J】，机械科学与技术，2006，（3）：2王继森，邓远超，等，基于回归正交设计的刀具磨损研究【J】工具技术，2011（20）：3-4王晓霞，金属切削原理与刀具【M】，北京航空工业出版社，2000。谢辞即将面临毕业的我，大学生涯的最后一个学期也已经快宣告结束了，意味着我在北京理工大学珠海学院的生活，学习也到了尾声，该结束的时候了。回想起我刚到校园到现在，我学到了很多东西，感到很满足，也感到放心，很踏实。大学生活即将结束了，我先诚心的感谢我的论文指导师。她在繁忙和繁重的教学工作里，还要从中抽出时间，每周固定一次与我们的网上会议。尤其是因为疫情，需要上网课的老师，还是能抽出时间与我们在线网上开启会议。我非常感谢我的母校，北京理工大学珠海学院对我的培养，给我四年的学习机会，让我可以不断学习和提高。毕业论文设计也使我受益良多。老师和我的同学们对我帮助很多，尤其是老师的关心和指导。在老师的指导和帮助下，我完成了我的毕业设计。而这次毕业设计使我对车削金属的知识有了全面的升华和巩固，学习了很条以前都忽略并没有学过知识，并且每次修改都是对自身知识的更新。感谢在整个毕业设计过程中为我提供帮助的老师和同学。非常感谢！

HYPERLINK电脑快捷知识大全编辑本段一、常见用法F1显示当前程序或者windows的帮助内容。F2当你选中一个文件的话，这意味着“重命名”F3当你在桌面上的时候是打开“查找：所有文件”对话框F10或ALT激活当前程序的菜单栏windows键或CTRL+ESC打开开始菜单CTRL+ALT+DELETE在win9x中打开关闭程序对话框DELETE删除被选择的选择项目，如果是文件，将被放入回收站SHIFT+DELETE删除被选择的选择项目，如果是文件，将被直接删除而不是放入回收站CTRL+N新建一个新的文件CTRL+O打开“打开文件”对话框CTRL+P打开“打印”对话框CTRL+S保存当前操作的文件CTRL+X剪切被选择的项目到剪贴板CTRL+INSERT或CTRL+C复制被选择的项目到剪贴板SHIFT+INSERT或CTRL+V粘贴剪贴板中的内容到当前位置ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤销上一步的操作ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤销的操作Windows键+L锁屏键Windows键+M最小化所有被打开的窗口。Windows键+SHIFT+M重新将恢复上一项操作前窗口的大小和位置Windows键+E打开资源管理器Windows键+F打开“查找：所有文件”对话框Windows键+R打开“运行”对话框Windows键+BREAK打开“系统属性”对话框Windows键+CTRL+F打开“查找：计算机”对话框SHIFT+F10或鼠标右击打开当前活动项目的快捷菜单SHIFT在放入CD的时候按下不放，可以跳过自动播放CD。在打开word的时候按下不放，可以跳过自启动的宏ALT+F4关闭当前应用程序ALT+SPACEBAR打开程序最左上角的菜单ALT+TAB切换当前程序ALT+ESC切换当前程序ALT+ENTER将windows下运行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕状态间切换PRINTSCREEN将当前屏幕以图象方式拷贝到剪贴板ALT+PRINTSCREEN将当前活动程序窗口以图象方式拷贝到剪贴板CTRL+F4关闭当前应用程序中的当前文本（如word中）CTRL+F6切换到当前应用程序中的下一个文本（加shift可以跳到前一个窗口）在IE中：ALT+RIGHTARROW显示前一页（前进键）ALT+LEFTARROW显示后一页（后退键）CTRL+TAB在页面上的各框架中切换（加shift反向）F5刷新CTRL+F5强行刷新目的快捷键激活程序中的菜单栏F10执行菜单上相应的命令ALT+菜单上带下划线的字母关闭多文档界面程序中的当前窗口CTRL+F4关闭当前窗口或退出程序ALT+F4复制CTRL+C剪切CTRL+X删除DELETE显示所选对话框项目的帮助F1显示当前窗口的系统菜单ALT+空格键显示所选项目的快捷菜单SHIFT+F10显示“开始”菜单CTRL+ESC显示多文档界面程序的系统菜单ALT+连字号(-)粘贴CTRL+V切换到上次使用的窗口或者按住ALT然后重复按TAB，切换到另一个窗口ALT+TAB撤消CTRL+Z编辑本段二、使用“Windows资源管理器”的快捷键目的快捷键如果当前选择展开了,要折叠或者选择父文件夹左箭头折叠所选的文件夹NUMLOCK+负号(-)如果当前选择折叠了，要展开或者选择第一个子文件夹右箭头展开当前选择下的所有文件夹NUMLOCK+*展开所选的文件夹NUMLOCK+加号(+)在左右窗格间切换F6编辑本段三、使用WINDOWS键可以使用Microsoft自然键盘或含有Windows徽标键的其他任何兼容键盘的以下快捷键。目的快捷键在任务栏上的按钮间循环WINDOWS+TAB显示“查找：所有文件”WINDOWS+F显示“查找：计算机”CTRL+WINDOWS+F显示“帮助”WINDOWS+F1显示“运行”命令WINDOWS+R显示“开始”菜单WINDOWS显示“系统属性”对话框WINDOWS+BREAK显示“Windows资源管理器”WINDOWS+E最小化或还原所有窗口WINDOWS+D撤消最小化所有窗口SHIFT+WINDOWS+M编辑本段四、“我的电脑”和“资源管理器”的快捷键目的快捷键关闭所选文件夹及其所有父文件夹按住SHIFT键再单击“关闭按钮（仅适用于“我的电脑”）向后移动到上一个视图ALT+左箭头向前移动到上一个视图ALT+右箭头查看上一级文件夹BACKSPACE编辑本段五、使用对话框中的快捷键目的快捷键取消当前任务ESC如果当前控件是个按钮，要单击该按钮或者如果当前控件是个复选框，要选择或清除该复选框或者如果当前控件是个选项按钮，要单击该选项空格键单击相应的命令ALT+带下划线的字母单击所选按钮ENTER在选项上向后移动SHIFT+TAB在选项卡上向后移动CTRL+SHIFT+TAB在选项上向前移动TAB在选项卡上向前移动CTRL+TAB如果在“另存为”或“打开”对话框中选择了某文件夹，要打开上一级文件夹BACKSPACE在“另存为”或“打开”对话框中打开“保存到”或“查阅”F4刷新“另存为”或“打开”对话框F5编辑本段六、桌面、我的电脑和“资源管理器”快捷键选择项目时，可以使用以下快捷键。目的快捷键插入光盘时不用“自动播放”功能按住SHIFT插入CD-ROM复制文件按住CTRL拖动文件创建快捷方式按住CTRL+SHIFT拖动文件立即删除某项目而不将其放入SHIFT+DELETE“回收站”显示“查找：所有文件”F3显示项目的快捷菜单APPLICATION键刷新窗口的内容F5重命名项目F2选择所有项目CTRL+A查看项目的属性ALT+ENTER或ALT+双击可将APPLICATION键用于Microsoft自然键盘或含有APPLICATION键的其他兼容键编辑本段七、Microsoft放大程序的快捷键这里运用Windows徽标键和其他键的组合。快捷键目的Windows徽标+PRINTSCREEN将屏幕复制到剪贴板（包括鼠标光标）Windows徽标+SCROLLLOCK将屏幕复制到剪贴板（不包括鼠标光标）Windows徽标+PAGEUP切换反色。Windows徽标+PAGEDOWN切换跟随鼠标光标Windows徽标+向上箭头增加放大率Windows徽标+向下箭头减小放大率编辑本段八、使用辅助选项快捷键目的快捷键切换筛选键开关右SHIFT八秒切换高对比度开关左ALT+左SHIFT+PRINTSCREEN切换鼠标键开关左ALT+左SHIFT+NUMLOCK切换粘滞键开关SHIFT键五次切换切换键开关NUMLOCK五秒QQ快捷键，玩QQ更方便Alt+S快速回复Alt+C关闭当前窗口Alt+H打开聊天记录Alt+T更改消息模式Ait+J打开聊天纪录Ctrl+A全选当前对话框里的内容Ctrl+FQQ里直接显示字体设置工具条Ctrl+J输入框里回车(跟回车一个效果)Ctrl+M输入框里回车(跟回车一个效果)Ctrl+L对输入框里当前行的文字左对齐Ctrl+R对输入框里当前行的文字右对齐Ctrl+E对输入框里当前行的文字居中Ctrl+V在qq对话框里实行粘贴Ctrl+Z清空/恢复输入框里的文字Ctrl+回车快速回复这个可能是聊QQ时最常用到的了Ctrl+Alt+Z快速提取消息Ctrl+Alt+A捕捉屏幕最常用的快捷键F5刷新DELETE删除TAB改变焦点CTRL+C复制CTRL+X剪切CTRL+V粘贴CTRL+A全选CTRL+Z撤销CTRL+S保存ALT+F4关闭CTRL+Y恢复ALT+TAB切换CTRL+F5强制刷新CTRL+W关闭CTRL+F查找SHIFT+DELETE永久删除CTRL+ALT+DEL任务管理SHIFT+TAB-反向切换CTRL+空格--中英文输入切换CTRL+Shift输入法切换CTRL+ESC--开始菜单CTRL+ALT+ZQQ快速提取消息CTRL+ALT+AQQ截图工具CTRL+ENTERQQ发消息Alt+1保存当前表单Alt+2保存为通用表单Alt+A展开收藏夹列表资源管理器END显示当前窗口的底端HOME显示当前窗口的顶端NUMLOCK+数字键盘的减号(-)折叠所选的文件夹NUMLOCK+数字键盘的加号(+)显示所选文件夹的内容NUMLOCK+数字键盘的星号(*)显示所选文件夹的所有子文件夹向左键当前所选项处于展开状态时折叠该项，或选定其父文件夹向右键当前所选项处于折叠状态时展开该项，或选定第一个子文件夹自然键盘【窗口】显示或隐藏“开始”菜单【窗口】+F1帮助【窗口】+D显示桌面【窗口】+R打开“运行”【窗口】+E打开“我的电脑”【窗口】+F搜索文件或文件夹【窗口】+U打开“工具管理器”【窗口】+BREAK显示“系统属性”【窗口】+TAB在打开的项目之间切换辅助功能按右边的SHIFT键八秒钟切换筛选键的开和关按SHIFT五次切换粘滞键的开和关按NUMLOCK五秒钟切换切换键的开和关左边的ALT+左边的SHIFT+NUMLOCK切换鼠标键的开和关左边的ALT+左边的SHIFT+PRINTSCREEN切换高对比度的开和关运行按“开始”－“运行”，或按WIN键+R，在『运行』窗口中输入：