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高速铣削Inconel718已加工表面残余应力的有限元分析
摘要
本文对高速铣削Inconel718的加工表面残余应力进行了有限元分析。首先，介绍了Inconel718的基本特性及其在航空航天领域中的应用。然后，研究了高速铣削加工表面残余应力的原因和影响因素。接着，建立了Inconel718高速切削模拟模型，并利用ANSYS软件对切削过程中的温度场和应力场进行了有限元分析。最后，通过对分析结果的讨论和总结，得出了减少高速铣削Inconel718表面残余应力的有效方法。
关键词：高速铣削；Inconel718；表面残余应力；有限元分析；温度场；应力场；航空航天
1.介绍
Inconel718是一种高强度、高温合金，具有在高温和高压下具有优异抗腐蚀性、抗氧化性和耐磨性等特点。因此，它被广泛应用于航空航天、石油化工、核能和船舶工业等领域。
在加工Inconel718的过程中，高速铣削是常用的加工方法之一。但是，由于材料的特性和高速切削过程中产生的高温和高压力，会使得工件表面产生残余应力，进而导致工件在高温和高应力的作用下发生变形和破坏，降低了工件的寿命和可靠性。因此，研究高速铣削Inconel718的表面残余应力是很有必要和意义的。
本文的目的是通过对高速铣削Inconel718表面残余应力的有限元分析，找出影响表面残余应力的因素，并提出减少残余应力的方法，为工程实践提供参考。
2.高速铣削Inconel718表面残余应力的原因
切削Inconel718的高速铣削过程中，由于高速切削工具和工件之间发生的摩擦和碰撞产生了高温和高压力，导致了工件表面的塑性变形和残余应力的产生。
具体来说，高速切削工具在切削时产生了高温和高压力，使得Inconel718表面以及底部的晶粒塑性变形，在刀具切削的同时，还会使得切削后表面产生压缩应力，并且随着刀具的运行，压缩应力的大小也会不断改变。
3.有限元模拟的建立
建立模型是进行有限元分析的前提，本文采用了ANSYS软件进行建模。
3.1.建模步骤
（1）建立几何模型。根据Inconel718的实际尺寸建立了三维几何模型。
（2）定义材料参数。根据Inconel718的温度-应力曲线，定义了其材料参数。
（3）建立刀具模型。在模型中加入了一种切削工具，以模拟实际切削过程中的情况。
（4）初始条件定义。模拟过程中需要定义初始状态的温度、应力等参数。
（5）载荷条件定义。仿真中需要对载荷进行定义，以模拟刀具对材料表面施加的压力。
3.2.温度场和应力场的分析
通过有限元分析得到了高速铣削Inconel718时的温度场和应力场。结果表明，在高速铣削过程中，刀具的高温和高压力产生了大量的热量和应力，导致Inconel718在切削过程中塑性变形和表面残余应力的产生。
4.影响表面残余应力的因素
4.1切削速率
切削速率是影响高速铣削Inconel718表面残余应力的重要因素之一。当切削速率增大时，切削摩擦的热量和压力也会增加，使表面残余应力变大。
4.2切削深度
切削深度也是影响表面残余应力的因素之一。当切削深度增加时，切削过程中会产生更多的热能和应力，导致工件表面残余应力变大。
4.3切削角度
切削角度也有影响。实验结果表明，在相同的切削速率、切削深度和切削量的情况下，切削角度为0°时，表面的残余压缩应力最大。
5.减少表面残余应力的方法
5.1降低切削速率
降低切削速率可以减少高速切削过程中的摩擦和碰撞，减少工件表面的热量和应力，从而在一定程度上减小表面残余应力。
5.2降低切削深度
降低切削深度也能够减少切削过程中的热量和应力，并减小表面残余应力。
5.3增加切削角度
增加切削角度可以增加切削区域的活动面积，减少切削过程中摩擦和压力的集中，从而减少高速铣削Inconel718表面的残余应力。
6.结论
本文通过有限元分析研究了高速铣削Inconel718时的表面残余应力及其影响因素，得出了可以减小表面残余应力的方法。结果表明，降低切削速率、切削深度和增加切削角度可以有效地减小表面残余应力，提高工件的可靠性和寿命。本文的研究成果为高速铣削Inconel718的工程实践提供了可靠的数据支持，具有较好的应用前景。