高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

镍基合金焊缝铣削过程数值模拟及铣刀优化分析

徐少峰 杨彪 叶义海 张家豪 张义林 陈家豪

徐少峰, 杨彪, 叶义海, 张家豪, 张义林, 陈家豪. 镍基合金焊缝铣削过程数值模拟及铣刀优化分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 74-81. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0074
引用本文: 徐少峰, 杨彪, 叶义海, 张家豪, 张义林, 陈家豪. 镍基合金焊缝铣削过程数值模拟及铣刀优化分析[J]. 核动力工程, 2022, 43(S2): 74-81. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0074
Xu Shaofeng, Yang Biao, Ye Yihai, Zhang Jiahao, Zhang Yilin, Chen Jiahao. Numerical Simulation on Milling Process of Ni-based Alloy Welds and Optimization Analysis of Milling Cutter[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 74-81. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0074
Citation: Xu Shaofeng, Yang Biao, Ye Yihai, Zhang Jiahao, Zhang Yilin, Chen Jiahao. Numerical Simulation on Milling Process of Ni-based Alloy Welds and Optimization Analysis of Milling Cutter[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(S2): 74-81. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0074

镍基合金焊缝铣削过程数值模拟及铣刀优化分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S2.0074
详细信息
    作者简介:

    徐少峰(1993—),男,助理研究员,现主要从事工艺数值模拟的研究,E-mail: xufranck@126.com

  • 中图分类号:  TG54;TL38+7

Numerical Simulation on Milling Process of Ni-based Alloy Welds and Optimization Analysis of Milling Cutter

  • 摘要: 为优化镍基合金焊缝铣削加工工艺与刀具性能,基于Abaqus仿真软件建立了镍基合金焊缝铣削的有限元模型,并进行了铣削过程的仿真计算分析及刀具失效研究,分析了不同切削参数和刀具参数对切削温度及切削力的影响,结合计算结果完成了切削参数正交试验与刀具参数优化分析。结果表明,较小的切削速度、小进给量及增加风冷可以获得较小的切削力和切削温度,通过调节刀具前角和刀尖钝圆半径可以有效降低切削力和切削温度。本研究成果可为铣削过程切削参数及刀具参数的优化提供参考。

     

  • 图  1  工件网格模型

    Figure  1.  Workpiece Grid Model

    图  2  刀具三维模型

    Figure  2.  3D Model of Cutter

    图  3  工件及刀具二维平面网格模型

    Figure  3.  2D Model of Workpiece and Cutter

    图  4  模型边界条件

    Figure  4.  Boundary Conditions of Model

    图  5  铣削过程仿真结果

    Figure  5.  Simulation Results of Milling Process

    图  6  切削力变化

    Figure  6.  Variation of Milling Force

    图  7  刀具损伤状态

    Figure  7.  Status of Damage of Cutter

    图  8  切削速度对铣削过程的影响规律

    Figure  8.  Effect of Cutting Speed on Milling Process

    图  9  进给量对铣削过程的影响规律

    Figure  9.  Effect of Feed Rate on Milling Process

    图  10  冷却条件对铣削过程的影响规律

    Figure  10.  Effect of Cooling Conditions on Milling Process

    图  11  刀具前角对铣削过程的影响规律

    Figure  11.  Effect of Cutter Front Angle on Milling Process

    图  12  刀尖钝圆半径对铣削过程的影响规律

    Figure  12.  Effect of Blunt Radius of Cutter Tip on Milling Process       

    图  13  刀具模态频率及振型

    U—位移

    Figure  13.  Cutter Modal Frequency and Vibration Mode

    图  14  刀具应力分布云图

    Figure  14.  Cloud Chart of Cutter Stress Distribution

    表  1  材料参数

    Table  1.   Parameters of Materials

    参数镍基合金硬质合金
    A/MPa985875
    B/MPa949793
    n0.40.39
    C0.010.01
    m1.650.71
    d10.04−0.09
    d20.750.25
    d3−1.45−0.5
    d40.040.014
    d50.893.87
    ${\dot{\varepsilon } }_{0}$0.0010.028
    下载: 导出CSV

    表  2  因素水平表

    Table  2.   Factor Levels

    切削速度/(m·s−1)2.02.53.03.5
    进给量/mm0.060.080.100.12
    表面换热系数/[W·(m2·K)−1]20304050
    下载: 导出CSV

    表  3  铣削工艺优化计算结果

    Table  3.   Calculation Results of Milling Process Optimization

    序号因素切削
    力/N
    切削
    温度/℃
    切削速度/
    (m·s−1)
    进给量/
    mm
    表面换热系数/
    [W·(m2·K)−1]
    12.00.0620257490
    22.00.8030316553
    32.00.1040348547
    42.00.1250471536
    52.50.0630289469
    62.50.0820301479
    72.50.1050357532
    82.50.1240501611
    93.00.0640307487
    103.00.0850346511
    113.00.1020493679
    123.00.1230513736
    133.50.0650311483
    143.50.0840364609
    153.50.1030499682
    163.50.1220634864
    下载: 导出CSV
  • [1] EZUGWU E O, FADARE D A, BONNEY J, et al. Modelling the correlation between cutting and process parameters in high-speed machining of Inconel 718 alloy using an artificial neural network[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2005, 45(12-13): 1375-1385. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2005.02.004
    [2] UHLMANN E, VON DER SCHULENBURG M G, ZETTIER R. Finite element modeling and cutting simulation of Inconel 718[J]. CIRP Annals, 2007, 56(1): 61-64. doi: 10.1016/j.cirp.2007.05.017
    [3] 梁作斌. 镍基高温合金GH4169高速切削加工性能的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2009.
    [4] 程百新. 高效铣削镍基高温合金用硬质合金立铣刀结构设计研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2018.
    [5] EE K C, DILLON JR O W, JAWAHIR I S. Finite element modeling of residual stresses in machining induced by cutting using a tool with finite edge radius[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2005, 47(10): 1611-1628. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2005.06.001
    [6] 孟龙. 钛合金高速铣削过程建模[D]. 上海: 上海交通大学, 2013.
    [7] 徐建建. 镍基高温合金切削仿真分析及试验研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2014.
    [8] HAO Z P, JI F F, FAN Y H, et al. Failure feature and characterization of material of shear band in cutting Inconel718[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2019, 45: 154-165. doi: 10.1016/j.jmapro.2019.06.016
  • 加载中
图(14) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  114
  • HTML全文浏览量:  33
  • PDF下载量:  18
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-23
  • 修回日期:  2022-08-25
  • 刊出日期:  2022-12-31

目录

    /

    返回文章
    返回