汽雾冷却下车削镍基高温合金残余应力仿真研究
镍基高温合金（GH4169）在抗疲劳、抗氧化和耐腐蚀性能方面具有优异表现，是制造涡轮发动机、燃气轮机的轮盘等精加工零件所使用的主要材料。但镍基高温合金加工时的切削温度高、切削力大和刀具磨损严重等问题会影响工件的残余应力，进而降低工件表面加工精度、削弱工件耐腐蚀性能。借鉴生物仿生学设计的微织构刀具、微量润滑技术可减小刀具对工件和切屑的摩擦，降低切削温度，进而使加工表面的残余拉应力下降。本文通过AdvantEdge软件仿真研究了汽雾冷却下无织构刀具和微织构刀具车削镍基高温合金时工件的残余应力，深入探究了不同刀具微织构参数下工件残余应力的变化规律，主要研究内容如下： 首先，本文由流体计算公式得到汽雾喷嘴处不同压力、流量下的汽雾流速，通过ANSYS软件模拟分析得到汽雾冷却下不同压力、流量时对流换热系数数值，之后将汽雾冷却下的流速和对流换热系数导入到仿真软件内，分析汽雾环境下无织构刀具车削镍基高温合金材料的残余应力，并进一步分析汽雾参数、刀具参数和切削参数对残余应力变化规律影响。 其次，根据仿生学原理设计了前刀面带有不同形貌的五种微织构刀具，用UG进行不同形状的微织构刀具建模。使用AdvantEdge软件内圆角车削仿真模块，探究汽雾冷却下刀具微织构形貌对工件残余应力的影响，并以最小表面残余拉应力为目标，得到刀具最优微织构形貌。后续通过改变该最优微织构形貌的微织构宽度、圆心角、距切削刃距离和微织构的间距，探究不同微织构参数对表面残余拉应力的显著性影响。 再次，加工微织构刀具，并进行切削实验。采用X射线衍射仪，分别测试了汽雾冷却下无织构刀具和微织构刀具车削镍基高温合金残余应力。分析得到不同压力、流量下残余应力的变化规律，验证所建立的无织构刀具和微织构刀具车削镍基高温合金残余应力仿真模型的准确性。 最后，以微织构参数作为输入层，残余应力的特征值作为输出层，在MATLAB软件内编写神经网络代码，对表面残余拉应力值进行预测。通过预测的表面残余拉应力，为切削初期选择所需要的各项参数值和微织构的参数提供参考。
镍基高温合金;车削工艺;汽雾冷却;微织构;残余应力
哈尔滨理工大学
硕士
机械工程
冯新敏
2022
中文
TG51;TG506.7
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）