资源描述
摘要当处于高温环境下，镍基高温合金GH4169依然能够保持高强度以及良好的稳定性。正因如此，其才在航空领域以及军事领域中，获得较为广泛的实际应用，然而，因为其在加工时的硬点不佳，并且无法保证较为良好的导电性，故而难以进行加工，也由此限制其自身的多方位应用。因此，针对镍基高温合金所含的切削性能以及切削时表现出的切削力改变，进行较为深入的细致剖析，将有助于选择恰当适宜的切削参数。值得一提的是，为尽可能减少切削过程的研究成本，借助有限元模拟的方法来形成切削工艺，无疑将可有效优化现有的参数，此方法也由此获得较为广泛的多方位应用。以Deform3D仿真软件为基础，将可成功针对GH4169高温合金车削构建科学完善的有限元模型。与此同时，还可借助某正交试验方法的作用，针对切削因素相对于切削力而产生的实际影响进行深入研究。并建立切削力经验公式。通过所得研究结果将可得知：GH4169合金当处于高温切削时，切削深度将会对其表现出的切削力产生尤为显著的影响，进给速度次之，随后才为切削速度。若前两者逐步提高，则切削力也将随之攀升，而若切削速度逐步提高，则切削力将会随之降低。关键词：镍基高温合金GH4169；Deform 3D仿真；切削用量三要素，切削力AbstractNickel-based superalloy GH4169 maintains high strength and good stability when exposed to high temperatures. For this reason, it has gained a wide range of practical applications in the aviation and military fields. However, because it has poor hardness during processing and cannot guarantee relatively good electrical conductivity, it is difficult to process. This limits its own multi-faceted application. Therefore, a more in-depth and detailed analysis of the cutting performance of the nickel-based superalloy and the cutting force change during cutting will help to select appropriate and appropriate cutting parameters. It is worth mentioning that in order to minimize the research cost of the cutting process, the finite element simulation method is used to form the cutting process, which will undoubtedly effectively optimize the existing parameters, and this method also obtains a wide range of multi-directional applications.Based on Deform3D simulation software, a scientifically perfect finite element model can be successfully constructed for GH4169 superalloy turning. At the same time, the effect of cutting factors on the cutting force can be further studied by the action of an orthogonal test method. And establish a cutting force empirical formula. From the results of the research, it can be known that when the GH4169 alloy is subjected to high temperature cutting, the depth of cut will have a particularly significant effect on the cutting force exhibited by the GH4169 alloy, and the feed rate is second, followed by the cutting speed. If the first two are gradually increased, the cutting force will also rise, and if the cutting speed is gradually increased, the cutting force will be reduced.Keywords：GH4169; Deform 3D simulation; cutting parameters, cutting force目录摘要2Abstract31 绪论51.1引言51.2课题研究的背景和意义51.3镍基高温合金GH4169切削性能分析61.4国内外研究现状71.5课题研究内容92 GH4169三维有限元仿真模型的建立92.1 有限元分析法及软件介绍92.1.1 有限元分析法92.1.2 DEFORM软件简介112.3 仿真方案设计122.4 刀具和工件几何模型的建立过程133仿真结果的提取以及分析163.1切削力变化趋势163.2 切削力仿真结果和分析173.3 仿真过程中的影响因素184总结与展望194.1工作总结194.2课题展望19参考文献21致谢231 绪论1.1引言车削加工在生产线上是非常成熟的加工方式，在生产加工过程中，已经获得较为广泛的多方位应用。虽然车削加工的方式已经非常成熟了，但是随着科学技术的发展，有更多的新材料被应用到生产实际中，而对于新材料，因为没有加工经验，它往往需要大量的实际加工试验，才可帮助操作者找到恰当适宜的新材料。然而，这无疑会有效提高现有的材料成本，并无法完善当前的各项切削工艺参数。当前时期，由于计算机技术逐步获得较为稳定的迅猛发展，有限元仿真技术也由此广受推及。在此背景下，各种类型的有限元仿真软件应运而生，例如：DEFORM、AMSYS、MATLAB等，正是由于这些软件含有尤为显著的仿真模拟功能，才在切削领域当中日益获得较为广泛的多方位应用。当借助有限元法一整套切削流程进行实时模拟后，将可得知多样化工艺参数相对于一整套切削流程而产生的实际影响，并可观察切削时工件表现出的应力以及应变状态。这些方面均为针对现有切削工艺进行深入研究的关键点。在本篇论文中，即借助DEFORM有限元分析软件的作用，针对处于高温环境下，GH4169合金在车削加工时所呈现的状态，进行科学合理的模拟仿真，并针对三要素相对于切削力而产生的实际影响，进行较为深入的细致研究，以获得其中所蕴含的内在联系。1.2课题研究的背景和意义20世纪40年代，中国研制出国内首台活塞式航空发动机，从此，中国的航空动力革命拉开帷幕，这也宣告着中国不能制造航空发动机的窘境已经成为了历史。在进一步研制发动机的过程中，为了提高发动机的推重比和满足发动机的高温运行条件，学者们纷纷致力于研制出性能优良的高温合金材料。目前，高温合金材料在发动机中的应用占有率达到了50%，而其中大约40%的合金为镍基高温合金1。详见图1-1，即为常规的航空发动机中最为核心的一系列盘环轴类零件，国内所用的高温合金牌号主要为 GH4169、GH3536、GH4133B 等，国外牌号主要为Inconel 718（美国）、NC19FeNb(法国)等。图1-1 航空发动机中主要的盘、环、轴类零件镍基高温合金实则属于全球各国尤为关键的国防工业材料，其也由此在航空领域以及军事领域中，获得较为广泛的多方位应用。各个国家为巩固自身的国防实力，均致力于有效提升镍基高温合金的加工效率，并尽可能保障该材料的加工质量。从本质上而言，此材料切削参数的合理选择，将会对后期所得产品的表面粗糙度以及加工成本等多样化方面，均产生一定程度的影响。故而选择恰当适宜的切削加工参数势在必行。为有效提升加工过程中的实际效率，并确保良好的加工质量，需要针对金属切削涉及的一整套加工流程，进行较为深入的细致研究。这种方式虽然能够深入掌握材料含有的切削性能，但这只是宏观的研究，并没有进行微观的研究，对金属的切削加工了解得还不够透彻。因此，建立与之相匹配的有限元模型，并进行科学合理的仿真模拟，无疑将能细致掌握金属在切削时所产生的应力应变场变化等，不仅如此，还能实时观察刀具的受力状态。现如今，计算机技术以及多样化仿真模拟技术均逐步获得较为稳定的蓬勃发展，在此背景下，若借助有限元仿真模拟的作用，则不仅可持续完善现有的工艺参数，还能尽可能降低不必要的生产成本。近年来，各个国家都有越来越多的研究人员使用有限元仿真技术进行科学技术研究，并获得较为显著的研究成果，为产品的设计开发、工艺改进等各个方面都提供了许多有用的技术支持。在切削加工领域，科研人员对有限元仿真技术越来越熟练的使用，更是为切削加工过程中的刀具设计、切削加工参数优化等各方面的研究提供了重大的帮助，使得实际加工过程的加工成本变低的同时也提高了实际加工效率。在本篇论文中，即借助DEFORM有限元分析软件的作用，针对处于高温环境下，GH4169合金在车削加工时所呈现的状态，进行科学合理的模拟仿真，并针对三要素相对于切削力而产生的实际影响，进行较为深入的细致研究，以获得其中所蕴含的内在联系。1.3镍基高温合金GH4169切削性能分析GH4169镍基高温合金主要由与进行沉淀强化所得。当其处于-253-650的温度区间时，将呈现出尤为突出的性能。若环境温度不超过650，则此材料所表现的屈服强度将达到最佳，并呈现出极其良好的抗疲劳特性以及抗氧化特性，此外还蕴含尤为显著的加工性能。不仅如此，当镍基高温合金处于-253-650的温度区间中，还可成功制备多样化复杂零部件，其也由此在航空领域以及挤压模具领域中，获得较为广泛的多方位应用。在现有的航空金属钢材当中，GH4169镍基高温合金实则属于最难加工的一种合金材料。GH4169高温合金所表现出的难加工性能表现在多种因素中，但是，通过学者持续优化此材料所含的各类性能，其难加工的问题越来越引起科研人员的注意。相较于45号刚而言，此材料表现出的相对加工性只达到前者的5-15%2。以下是其切削加工特点:1）.切削温度高镍基高温合金在常温和高温下的强度和硬度都非常的高，故而当进行切削时，通常会消耗数量可观的切削变形功率，并由此形成大量热量，与此同时，因为其所含的导热系数相对较低，故而无法保证良好的导热性能，由此形成的热量也很难散发，这将引发切削温度持续攀升。2）.切削力大GH4169镍基高温合金无论在硬度方面，还是强度方面均尤为显著。特别是在高温下，硬度很高，而且由于它的原子结构稳定，结合力突出，故而在切削时往往伴随着相对较大的切削力。3）.加工硬化严重当此材料承载切削力并处于高温环境下，将会表现出尤为突出的塑性变形。不仅如此，当处在切削热环境下，此材料还会吸收附近介质中含有的H元素等原子，由此产生较为硬脆的表层，该表层的硬度甚至远超基体自身的硬度，故而将不利于切削加工。4）.刀具磨损大当此材料在切削时，刀具以及切屑彼此间将发生显著摩擦，此时无论为切削力亦或为切削温度值均相对较高。与此同时，刀具材料以及相应的工件材料彼此间将存在一定的亲和作用。因为此材料中蕴含诸多硬质点，故而刀具在切削时往往会形成各种类型的磨损，例如：边界磨损以及沟纹磨损等。5）.塑性变形大由于此材料中蕴含诸多奥氏体组织，并且因为加工时的切削热尤为突出，这就导致了镍基高温合金在加工中容易产生热变形，从而使得一些尺寸和形状精度发生了变化，产品质量得不到保证。6）.加工成本高现如今，切削加工过程还并未在刀具材料方面，以及各项切削参数方面，设定统一的最佳值，而是凭借经验不断对此材料进行试切，这将会引发材料的过分浪费。综上，我们可以看出，相较于其他多样化材料而言，GH4169镍基高温合金很难进行加工，至今仍处于在试切阶段，而过多的实际加工试切则会导致材料的浪费以及研究成本的提高，因此利用有限元仿真技术进行镍基高温合金的切削加工过程模拟是非常重要的研究环节，这不仅仅可以降低研究成本，还能从微观层面了解镍基高温合金的加工过程。1.4国内外研究现状近年来，全球学者均逐步针对GH4169镍基高温合金所涉及的切削加工过程，进行较为深入的细致研究，其中包括切削的形成、刀具的涂层、材料特性、材料的热变形等方面，为镍基高温合金在切削加工中存在的许多问题提供了大量有效的解决措施，并据此提供极其有力的理论支撑和技术支撑。加拿大的Mohammad R.Movahhedy运用任意的拉格朗日-欧拉（ALE)有限元方法对高速正交切削过程中切屑的形成进行了模拟，讨论了网格划分技术和节点分离技术中存在的问题3。加拿大Eu-Gene Ng,Tahany I.EI-Wardany等人使用非线性有限元软件显示求解器的强大功能对直角和斜角切削过程进行了模拟仿真，研究了切屑的形成对切削力、切屑刀具工件的接触温度、应力及应变分布的影响4。I.A.Choudhury等人在不同切削用量下使用硬质合金涂层刀具（GC3015）和未涂层刀具对镍基高温合金Incinel718（对应国内牌号GH4169）进行干切正交试验，由此获得基于多样化切削用量条件下，而呈现出的切削力等各项参数5。基于所得实验结果将可得知，进给量将会直接影响到涂层刀具的使用时间，并会对其加工表面质量也产生一定的影响。不仅如此，切削力还会由于进给量的提高而逐步攀升，但却会由于切削速度的提高而随之降低。国外学者C.Y.Hsua曾经借助超声波辅助加热的方法，针对Inconel718镍基高温合金进行切削，由此得知：通过此类方法将能使得该材料的表面粗糙度减少9.1%-51.61%，与此同时，将切削力减少32.34%-24.47%，并总结出此方法将可切实提升材料自身表面加工质量的结论6。Uhlmann E等人基于ABAQUS/ExplicitTM平台，针对Inconel718镍基高温合金当处于高度切削时，而呈现出的的锯齿形切屑进行科学合理的仿真，并借助于实验法针对所得结果进行精准验证。基于分析结果将能得知，仿真所得结果实则和实验结果之间含有误差值7。2011年南京航空航天大学的肖茂华，曾经针对GH4169当进行高速铣削时的一整套流程，进行较为深入的细致阐述。基于量热法来测量切屑热功率的方法并通过有限元仿真软件DEFORM-2D 模拟了切削过程中的切削热8。学者袁崇辉，曾经成功构建出二维以及三维角度上的切削仿真模型，并由此针对GH4169镍基高温合金，进行科学有效的切削模拟，仿真所得结果和试验结果基本相同，基本验证了仿真结果的准确性9。大连理工大学蔡玉俊、段春争等人基于有限元软件ABAQUS的J-C材料特性和疲劳损伤曲线，仿真模拟了淬硬钢加工中锯齿屑的形成过程，并针对刀具前角等因素相对于切削力而产生的实际影响进行深入探讨10。学者梁作斌，曾经借助ADVANTEDGE仿真软件的作用，构建科学完善的二维切削模型，并基于多样化切削参数的环境下，针对GH4169材料所含的切削力等，进行科学合理的仿真。此外，该学者还基于高速车削试验，测得切削力、切削温度与切削用量间的关系曲线11。学者宋庭科曾经基于高速车削试验，针对切削用量等相对于GH4169含有的切削性能而产生的实际影响进行深入研究，与此同时，针对刀具磨损形貌等方面进行细致分析12。总之，我们可以看到GH4169镍基高温合金已经在国内外不同层面和不同方面进行了研究。有计算机仿真也有实际的实验操作，从多样化角度入手，对切削GH4169时而涉及的一系列影响因素，进行深入研究，也获得不错的效果。然而，从本质上而言，金属切削实则属于相对复杂的某特定非线性过程，具有复杂的力和温度耦合。故而常规的金属切削试验仅能针对材料所含的切削性能进行深入研究，而无法针对其切削机理进行细致剖析。在此情况下，虚拟仿真技术将能针对切削时各点的应力状态等进行直观的呈现，从而有利于后期针对切削机构而展开的各项研究，并尽可能减少不必要的研究成本。1.5课题研究内容现如今，切削加工实则已经占据中国机械加工总量的95%13。而中国学者也纷纷针对镍基高温合金所涉及的切削问题，进行如火如荼的深入研究，并获得突破性进展，然而依然存在某些问题亟待解决。工具材料的选择是困扰加工的问题。在加工难加工材料时产生的离心力会对切削工具产生严重影响，因为离心力会给切削系统带来很大的振动，影响了加工过程中的稳定性。因此，必须选择具有高硬度和高韧性的材料。例如，选择最好的刀具材料，如硬质合金，金属陶瓷，陶瓷，多晶金刚石（PCD）和多晶立方氮化硼（PCBN）等刀具材料14-16。本篇论文决定将刀具材料设定为硬质合金，以此进行仿真实验。在本篇论文中，主要针对镍基高温合金所涉及的一整套切削加工流程，进行较为深入的细致研究。通过DEFORM软件的三维仿真模块对镍基高温合金的车削过程进行了模拟仿真。本文将设计变量设定为切削速度等三要素，并针对三要素相对于GH4169切削力而产生的实际影响进行深入剖析，以获得影响力最为显著的因素，分析其中的变化规律。2 GH4169三维有限元仿真模型的建立2.1 有限元分析法及软件介绍2.1.1 有限元分析法有限元法(FEM)最初是在20世纪50年代末60年代初期开发的，主要针对工程力学以及电磁学等领域中所涉及的一系列物理问题，进行科学有效的解决17。对于分析法无法求解的诸多问题，因为有限元法的出现及应用，很多问题都得到了解决。因此，基于有限元算法的各种有限元分析软件结合相关计算机技术在各种科研和工程技术领域得到越来越广泛的应用。有限元法主要将连续域之中存在的无限自由度问题进行相应的转化，使其形成离散域之中所涉及的有限自由度问题。基本原理是将连续体离散为有限数量的单元并在每个单元边界上设置节点。 有限数量的单元通过节点彼此连接以形成单元组件。有限元法将能细分为四大组成部分，依次为物理离散化，选择性位移模式，单元结构和推导，单元组建立和解决方案，其分析步骤如下：1）.物理离散化首先，需要确定求解域所含的物理性质，并确定恰当的几何区域，然后把结构体离散为不同大小和形状的有限个单元。物理离散化后，需要通过等效节点力载荷，来替代单元所承载的力载荷18。2）.选择位移模式若将研究对象设定为连续体问题，则位移法应针对全体单元表现的位移分布状态进行一定假设，此时就需要构造位移插值函数来表达单元的节点位移，此函数的表达详细如下： (2-1)在上述公式中：主要代表单元位移函数；而N则主要代表形函数矩阵；e为每个单元的节点位移阵列。3）.单元构造与推导在有限元分析过程中，通过单元体的几何形状、尺寸大小、材料本构关系、节点的方位以及具体的数量等条件，将可获得单元位移以及单元力彼此间的内在关系，并以此获得单元刚度矩阵。其中，节点位移以及相应的单元应变彼此间的关系式如下： (2-2)式中，B为几何矩阵：为单元应变。表达应力关系的公式为： (2-3)在上述公式中，主要代表单元应力；而D则主要代表弹性矩阵。当处于单元之中，节点力以及位移彼此间的关系式如下： (2-4)式中，为单元刚度矩阵，为单元中的节点载荷。4）.单元组集建立及求解由于各单元彼此间均连接于节点位置，故而单元彼此间的力均需基于节点而传递。故而，有限元分析的最后一步需要将各单元的节点载荷矩阵和节点位移矩阵再叠加到整个连续体上。根据结构的节点平衡条件：外界作用在各个节点上的力和力矩等于各个单元在这些节点上的力和力矩之和，与此同时，相邻单元所含的共有节点呈现的节点位移完全一致，由此得知，结构总刚度矩阵方程为： (2-5)式中，K为总体刚度矩阵、F为载荷矩阵、为整个物体的节点位移矩阵。结合边界条件进一步修正所建立的有限元方程组，最后通过一系列数值计算法将可求解，获得未知节点的函数值。当借助有限元法解决实际问题的过程中，单元数目划分得越多，参数设置越精确，得到的结果自然更加真实。同时，计算量也会相应增加，因此有必要结合实际情况，考虑精度和效率来进行单元的划分。2.1.2 DEFORM软件简介DEFORM 模拟软件是SFTC(Scientific Forming Technologies Corporation)公司1990年正式推出的商业有限元仿真软件。 整个软件根据应用的工作平台属性分为 DEFORM-2D、DEFORM-3D、DEFORM-PC、DEFORM-PCPro和DEFORM-HT五个模块，该系列软件包含刚性材料模型以及相应的多孔材料模型等，可用于模具传热和成型过程等模拟。本文采用了DEFORM-3D模块来进行三维的车削模型建立，3D模块有专业的机加工模块，包括车削、铣削、钻削等。DEFORM软件不仅操作界面尤为简洁，而且可操作性高，鲁棒性显著，特异性强，计算效率高，模拟精度高。为向用户提供多样化迭代计算法，多种文件接口和丰富的素材库，具有强大的网格重分割功能，可以根据需要在本地划分网格。 值得一提的是，对于DEFORM仿真解决方案而言，其累计涉及到三大模块，其中包含预处理器以及后处理器等，DEFORM主界面见图2-1。图2-1 DEFORM软件的模块结构图2.2材料定义在本文所研究的GH4169镍基高温合金中，“G”主要代表“高”；而“H”主要代表“合”，“4”主要代表合金类型，“169”主要代表合金编号。对于此类合金而言，其中至少一半的成分均为Ni元素，其蕴含的各种化学成分，详如表2-1。不仅如此，此材料最高可工作于1100的环境下19。镍基高温合金以“奥氏体+金属间化合物”为基体，组织由基体相相、碳化物和强化相 （Ni9（Ti，Ti，Nb）和（Ni3Nb），相不仅可有效提升合金自身的耐磨性，而且还能有效提升塑性变形过程中呈现出的抗剪切强度，而则将能有效增强合金硬度等参数20。通过查阅材料手册21得到GH4169材料的热性能见表2-2及表2-3，力学性能见表2-4。元素NiCrMoNbTiAlMoBSi含量（%）52.3617.783.154.350.910.552.90.8060.73表2-1 GH4169主要化学成分wt(%)温度()111002003004005006007008001000(W/mk)13.414.715.917.818.319.221.222.823.630.4Cp(J/Kgk)-450480481.4493.9514.8539573.4615.3707.4表2-2 高温合金GH4169热传导率和比热特性(10)2102202302402502602702802902100(10-6m/)11.813.013.514.114.414.815.417.018.418.7表2-3 高温合金GH4169线膨胀系数性能指标数值(20)性能指标数值(20)弹性模量E（Gpa）205拉伸强度b（Mpa）1290切变模量G（Gpa）790.2%屈服强度0.2（Mpa）1040泊松比0.30延伸率（%）15硬度（HB）348端面收缩率（%）16表2-4 高温合金GH4169力学性能2.3 仿真方案设计本次实验采用了正交多元实验法。此方法可确定实验的根本目的以及多样化指标，并能基于正交表针对一系列因素进行依次排列。通过此方法将能有效降低实验次数，并找到恰当合理的水平因素组合，从而达到系统优化的效果。在本篇论文中，将试验指标选定为切削力，并且将影响因素设定为切削速度等三要素，以此来借助正交表推进一系列正交多项回归实验。不仅如此，本文还将刀具材料选定为硬质合金，而将涂层材料设定为TiAlN（5m），通过三因素（切削用量三要素：切削速度、切削深度、进给量）三水平正交试验设计的方法，其基本设计方案细表，详见表2-4。实验编号切削速度vc(m/min)进给量f(mm/r)切削深度ap(mm)1300.100.502300.150.753300.201.004400.100.755400.151.006400.200.507500.101.008500.150.509500.200.75表2-4 仿真方案2.4 刀具和工件几何模型的建立过程在大多数有限元仿真软件中，有限元仿真模型的基本建立过程并没有太大的不同。其次，应该设定软件预处理所涉及的核心参数。以下是整个有限元仿真模型的建立过程的进一步描述。第一步：在DEFORM主界面中选择3D Cutting模块，进入三维仿真模型的建立界面，这里为统一单位选择国际单位，如图2-2所示（图中的SI单位即国际单位）；图2-2 DEFORM主界面第二步：选择车削仿真，进入车削参数的设定，根据之前制定的仿真方案，设置切削用量三要素，切削速度、切深、进给率，如图2-3；图2-3 参数设定第三步：设置刀具参数，这里直接调用DEFORM软件刀具库中的刀具（TNMA332）,材料选用硬质合金为基体，并将涂层材料设定为TiAlN（5m），设定完成后进行网格划分，由此可得刀具的基本示意图，详见图2-4；图2-4 刀具网格划分第四步：确定工件模型以及多样化参数，以此来实现网格划分，这里直接调用DEFORN材料库中的材料，选择工件模型为简化模型，选择材料为IN718（美国牌号，即GH4169），进行网格划分，如图2-5；图2-5 工件网格划分第五步：检查数据并生成最终的模型，如图2-6，生成DB槽，即模拟数据的最终文件，完成后关闭窗口，进入DEFORN主界面，开始仿真，如图2-7； 图2-6 生成方针文件 图2-7 计算求解第六步：仿真完成后，进入DEFORM的后处理界面，提取仿真结果，如图2-8；图2-8 仿真结果提取3仿真结果的提取以及分析3.1切削力变化趋势详见图3-1，将可得知当切削参数设定为 vc=40m/min，f=0.1mm/r，ap=1.00mm时，切削时三大方向所表现出的切削力调整趋势。对其进行仿真将可得知，刚开始进入切削时，切削力三个方向的切削力均处于上升的不稳定阶段，直到某特定的切削时间，切削力才慢慢稳定下来。但是仿真过程并不完美，所以会存在个别突变的数据，但总体影响不大。在此之中，y向切削力实则为主切削力；z向为背向力，影响一般；x为进给力，影响最小。 a) Fx b)Fy c)Fz图3-1 切削力仿真结果3.2 切削力仿真结果和分析将表2-4中的9组参数组合依次仿真，由此得出的切削力仿真结果细表，详见表3-1；实验编号Fx（N）Fy（N）Fz（N）156.231382.4218295521633281620379498.846510152891410289684.7578146710145910681456651669178962211表3-1切削力仿真结果详见图3-1，即为基于多样化切削参数下，而呈现出的瞬时主切削力调整状态，从仿真结果中可以看出，除去仿真过程中的突变点的力，瞬时切削力的变化趋势相对稳定，提取不同参数下切削力变化稳定区主切削力的最大值，做出图表比较可以得出结论，若切削速度持续提高，则主切削力将随之降低，但若进给量及其相应的切削深度财政厅个，主切削力则随之增大，在此之中，尤为关键的影响因素即为切削深度。 a)切削速度对主切削力的影响 b)进给量对主切削力的影响c)切削深度对主切削力的影响图3-1 切削参数对主切削力的影响本次仿真存在着许多的不足，并且在仿真完成后的数据采集过程中，由于个别切削力图波动较大，不利于取点采集数据，可能存在着较大的误差。除此之外，由于没能进行试验，实际加工过程中的各种不利因素没有考虑进仿真中，无法和实际数据进行误差对比，更加深入的分析影响因素，所以此次实验仿真的数据并不够全面，比较单一。3.3 仿真过程中的影响因素由于本次的仿真方案是参考多篇资料，设计的仿真方案存在着不足，加上对DEFORM软件的熟练程度不够，导致仿真过中经常出错，虽然只有9组仿真数据，但是所有数据都重复做了好多次，而且由于仿真过程中的计算求解非常缓慢，如果仿真的步数过多，经常需要四五个小时才能出一组数据的仿真结果。除此之外，由于对网格划分的不熟悉，故而无法对工件进行精确的网格划分，由于这个原因，经常导致求解过程中，求解到一半时出错，此时就得重新设定参数进行仿真，而且网格划分不精确还会导致求解出来的切削力会出现较大的突变，最严重的的情况还会导致本来应该是稳定的切削力，会出现大段的波动，这时这种仿真结果就是不可取的。此外，因为并未熟练掌握DEFORM软件，有很多功能不能够发挥出来，对刀具参数的设定只能停留在一些基础的刀具材料上，因此，此次仿真的刀具参数就很单一，不能够做到更加全面。4总结与展望4.1工作总结由于镍基高温合金表现出尤为良好的物理性能，故而在航空领域以及军事领域中，已经获得较为广泛的多方位应用。若能对其含有的切削性能，进行较为深入的细致研究，无疑将能有效推进工业发展进程。在本篇论文中，即借助DEFORM有限元分析软件的作用，针对处于高温环境下，GH4169合金在车削加工时而呈现的状态，进行科学合理的模拟仿真，并针对三要素相对于切削力而产生的实际影响，进行较为深入的细致研究，以获得其中所蕴含的内在联系。通过所得研究结果将可得知：GH4169合金当处于高温切削时，切削深度将会对其表现出的切削力产生尤为显著的影响，进给速度次之，随后才为切削速度。若前两者逐步提高，则切削力也将随之攀升，而若切削速度逐步提高，则切削力将会随之降低。因此在实际的切削过程中，应该选择合适的高切削速度，此外，还需尽可能的减小切削深度，由于进给量影响不是很大，可以根据实际进行调整。由于诸多因素，本次实验并没有能够进行实际的加工实验，也无法和实验数据进行细致对比，因此，这些都是理想状态下的数据，没有与实际加工数据进行误差分析，存在着一定的误差。4.2课题展望借助于有限元切削仿真技术的作用，将可迅速并精准确定一系列切削参数，并且在优化切削参数方面也有很大的帮助，我们必须更好的利用有限元仿真技术，更多的去研究它，并把其推广到切削领域中，这样才能使能够发挥更大的作用。本文主要借助于DEFORM软件所涉及的三维仿真模块进行仿真工作。然而，依然存在某些不足之处亟待于后期进行完善：）仿真时刀具能否构建科学完善的建立模型，将会决定后期所得仿真结果的精准性。此时，工具角度的调整等因素将较为关键，但本文未考虑到，这些在未来的仿真过程中都要考虑进去。）切削时材料会在高温等环境下产生一定程度的塑性变形，但是，材料基于多样化条件下而构建的本构模型并非一致。故而材料所得的仿真性能也未必准确。在未来，有必要进一步研究材料的性质，并在数学模型中更好地表达它们。）模拟切削处于理想状态下进行。但实际上却存在诸多影响，例如：材料可能存在不均匀性、机床将会伴随着一定的振动现象。故而仿真结果与实际结果必将含有差值，后期还需进行降低差值的工作。）本篇论文仅研究切削时的切削力，而并未关注到刀具磨损等一系列因素，因为切削时多样化因素彼此间实则均有影响，故而将有必要针对切削性能进行较为深入的细致研究。更准确地表示切削过程。5）本文的仿真设计方案数据不够全面，数据量较小，计算机有限元仿真凭借着其优秀的数据处理和数据库，将能深入研究切削参数相对于切削过程而产生的实际影响，所以今后应该进行跟多的设计更多的仿真数据，这样才能更好的发挥出计算机有限元仿真的优点，才能找出最有参数。参考文献1 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