基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.010

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 61-67.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.010

基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

高势云(), 邓子龙(), 高兴军, 何艳

辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001

收稿日期:2022-10-28 修回日期:2022-11-10 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-11-06
通讯作者: 邓子龙
作者简介:高势云（1996⁃），男，硕士研究生，从事机械制造及其自动化方面的研究；E⁃mail：1262610284@qq.com。
基金资助:
辽宁省教育厅科学技术研究项目(LJKZ0383)

Numerical Analysis of Ultrasonic Elliptical Vibration Turning Titanium Alloy TC4 Based on ABAQUS

Shiyun GAO(), Zilong DENG(), Xingjun GAO, Yan HE

School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2022-10-28 Revised:2022-11-10 Published:2023-10-25 Online:2023-11-06
Contact: Zilong DENG

摘要/Abstract

摘要：

钛合金TC4在加工过程中会出现工件变形及黏结等问题，因此加工难度较大。利用ABAQUS软件创建仿真模型，对比了超声椭圆振动车削和常规切削对钛合金TC4力学特点的影响，并对比分析了超声椭圆振动车削钛合金TC4的切削速度、切向幅值、频率和切削深度对切削力的影响。结果表明，超声椭圆振动切削平均切削力随着切削深度及切削速度的增加而增加；随着切向幅值及振动频率的增加而减小；与常规切削相比，超声椭圆振动切削能够明显降低切削力，改善表面加工质量，提高加工效率。

关键词: 车削, 超声椭圆振动, TC4, 性能分析, 切削力

Abstract:

Titanium alloy TC4 will have problems such as workpiece deformation and bonding during the machining process, so the processing is difficult. This study used ABAQUS software to create a simulation model. In this paper, the influence of ultrasonic elliptical vibration turning and conventional cutting on the mechanical characteristics of titanium alloy TC4 was compared, and the influence of the cutting speed, tangential amplitude, frequency and cutting depth of ultrasonic elliptical vibration turning TC4 titanium alloy on the cutting force was analyzed. The results show that the average cutting force of ultrasonic elliptical vibration cutting increases with the increase of cutting depth and cutting speed, and decreases with the increase of tangential amplitude and vibration frequency. Compared with conventional cutting, ultrasonic elliptical vibration cutting can significantly reduce cutting force, improve surface machining quality and improve machining efficiency..

Key words: Turning, Ultrasonic elliptic vibration, TC4, Performance analysis, Cutting force

中图分类号:

TQ134

高势云, 邓子龙, 高兴军, 何艳. 基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(5): 61-67.

Shiyun GAO, Zilong DENG, Xingjun GAO, Yan HE. Numerical Analysis of Ultrasonic Elliptical Vibration Turning Titanium Alloy TC4 Based on ABAQUS[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(5): 61-67.

图/表 15

图1 刀具的运动轨迹

表1 钛合金TC4的J?C模型参数

参数	数值
A/MPa	831.355
B/MPa	857.932
$n$	0.302
C	0.015
$m$	0.724

表1 钛合金TC4的J?C模型参数

参数	数值
A/MPa	831.355
B/MPa	857.932
$n$	0.302
C	0.015
$m$	0.724

表2 钛合金TC4的Johnson?Cook损伤模型参数

参数	数值
$d 1$	－0.09
$d 2$	0.25
$d 3$	－0.50
$d 4$	0.14×10^－2
$d 5$	3.87

表2 钛合金TC4的Johnson?Cook损伤模型参数

参数	数值
$d 1$	－0.09
$d 2$	0.25
$d 3$	－0.50
$d 4$	0.14×10^－2
$d 5$	3.87

图2 二维热力耦合UEVC有限元模型

表3 常规切削和UEVC的切削条件

参数	数值
参数	常规切削	UEVC
切削深度（ $a p$ ）/mm	0.100	0.050，0.100，0.150
切向幅值（ $A x$ ）/mm	0	0.010，0.012，0.020
频率（ $f$ ）/kHz	0	16，20，30
切削速度 $(v)$ /(mm·s^－1）	300	200，300，400
纵向幅值（ $A y$ ）/mm	0	0.010

表3 常规切削和UEVC的切削条件

参数	数值
参数	常规切削	UEVC
切削深度（ $a p$ ）/mm	0.100	0.050，0.100，0.150
切向幅值（ $A x$ ）/mm	0	0.010，0.012，0.020
频率（ $f$ ）/kHz	0	16，20，30
切削速度 $(v)$ /(mm·s^－1）	300	200，300，400
纵向幅值（ $A y$ ）/mm	0	0.010

图3 常规切削与UEVC的Mises应力分布云图

图4 常规切削和UEVC的切削力

图5 不同切削深度下的切削力

图6 平均切削力与切削深度的关系曲线

图7 不同切向幅值下的切削力

图8 平均切削力与切向幅值的关系曲线

图9 不同频率下的切削力

图10 平均切削力与频率的关系曲线

图11 不同切削速度下的切削力

图12 平均切削力与切削速度的关系曲线

参考文献 17

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基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析

Numerical Analysis of Ultrasonic Elliptical Vibration Turning Titanium Alloy TC4 Based on ABAQUS

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