基于有限元分析的标准麻花钻特性研究

发布时间：2017-06-12 10:01

  本文关键词：基于有限元分析的标准麻花钻特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金属加工的方法有很多。除切削方法之外,还有铸造加工、焊接加工和压力加工等方法,每一种加工方法都有其适用的范围。然而,后者这些加工方法通常只用于制造毛坯或制作精度和表面质量要求不高的零件,而精度要求较高和表面质量限定较严的零件几乎都要经过切削加工。在金属切削加工中,钻削加工是最为常见的一种切削加工方法,占有不小的比例。而麻花钻则是钻削加工中最常使用的切削刀具。在学习前人理论及研究成果的基础上,本文以锥面后刀面麻花钻为研究对象,从不同角度对其特性进行了分析和研究。第一,从锥面后刀面麻花钻的螺旋槽曲面的形成原理出发,并根据其直线刃的数学方程,求得其螺旋槽曲面参数方程和其截形参数方程,为建立锥面后刀面标准麻花钻三维模型做准备。第二,根据该截形参数方程,借助MATLAB软件的数据处理功能,计算得到锥面后刀面标准麻花钻截形曲线上的数据离散点集。将此点集导入到UG软件中,利用UG软件拟合出锥面后刀面标准麻花钻截形曲线,生成锥面后刀面标准麻花钻钻体。再选择合适的国标刃磨参数,用UG软件的实体裁剪工具得到其后刀面。进而完成整个麻花钻的三维模型。第三,在建立了锥面后刀面标准麻花钻三维模型后,为后续的结构有限元分析和切削模拟仿真打下了基础。结构有限元分析主要是结构的静力学分析、模态分析及屈曲稳定性分析等。通过分析,提取麻花钻在静载荷及动载荷作用下的响应数据,进而研究其静态和动态的力学特性。切削模拟是基于切削仿真软件Deform 3D,对麻花钻在不同加工工况下的切削载荷(力载荷与扭矩载荷)、切削时的温度载荷等进行模拟,从而为实际加工中切削要素的选择提供参考。综上,本文研究内容的几个主要方面(建立麻花钻主要曲面的数学模型、生成麻花钻的三维模型、分析麻花钻热学和力学特性等)存在一定的关系。首先,建立麻花钻主要曲面的数学模型是生成麻花钻三维模型的前提。其次,生成麻花钻三维模型是分析麻花钻热学和力学特性的基础。再次,能否成功生成麻花钻三维模型又验证了麻花钻主要曲面的数学模型的正确与否。最后,对麻花钻热学和力学特性的分析可以为优化麻花钻三维模型提供依据。
【关键词】：锥面后刀面 标准麻花钻 静力学分析 Deform 3D UG MATLAB
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG713;TB115
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 麻花钻的结构11
• 1.3 国内外对麻花钻的研究现状11-13
• 1.3.1 麻花钻数学建模的发展现状12
• 1.3.2 麻花钻三维建模的发展现状12-13
• 1.3.3 麻花钻有限元建模的发展现状13
• 1.4 本文的研究内容、方法及意义13-15
• 1.4.1 研究内容13-14
• 1.4.2 研究方法14
• 1.4.3 研究意义14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 标准麻花钻主要刀面数学模型16-27
• 2.1 引言16
• 2.2 锥面后刀面标准麻花钻的前刀面数学模型16-21
• 2.2.1 坐标变换16-17
• 2.2.2 空间坐标系间的变换关系17-18
• 2.2.3 前刀面的数学方程18-21
• 2.3 锥面后刀面标准麻花钻的前刀面切面数学模型21-23
• 2.4 锥面后刀面标准麻花钻螺旋槽曲面的直观形态23
• 2.5 锥面后刀面标准麻花钻的后刀面数学模型23-26
• 2.5.1 坐标系23-24
• 2.5.2 锥面后刀面的数学方程24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 锥面后刀面标准麻花钻三维模型27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 软件简介27
• 3.3 三维建模流程图27-28
• 3.4 建模实例28-36
• 3.4.1 确定基本参数28
• 3.4.2 计算产生截形离散点数据集28-29
• 3.4.3 生成完整的截形曲线29-30
• 3.4.4 生成螺旋导引线30-31
• 3.4.5 生成螺旋槽三维实体31
• 3.4.6 生成锥面后刀面标准麻花钻锥面后刀面31-34
• 3.4.7 问题与讨论34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 锥面后刀面标准麻花钻有限元分析37-56
• 4.1 引言37
• 4.2 有限元法概述37-38
• 4.2.1 有限元法的基本概念37
• 4.2.2 有限单元法的特点37
• 4.2.3 有限单元法的分类37-38
• 4.3 软件简介38-39
• 4.3.1 ANSYS Workbench软件概述38
• 4.3.2 ANSYS Workbench软件组成模块38
• 4.3.3 ANSYS Workbench软件分析流程38-39
• 4.4 φ30锥面后刀面标准麻花钻的屈曲分析39-44
• 4.4.1 屈曲分析概述及相关理论39-41
• 4.4.2 基于Ansys Workbench软件的φ30锥面后刀面标准麻花钻屈曲分析41-44
• 4.5 φ30锥面后刀面标准麻花钻的静力学分析44-50
• 4.5.1 初步准备45
• 4.5.2 前处理45-47
• 4.5.3 求解47-49
• 4.5.4 后处理及结果分析49-50
• 4.6 φ30锥面后刀面标准麻花钻的模态分析50-55
• 4.6.1 模态分析基础50-51
• 4.6.2 模态分析过程51
• 4.6.3 载荷和约束51
• 4.6.4 求解设置51-52
• 4.6.5 无预应力模态分析52-55
• 4.7 本章小结55-56
• 5 锥面后刀面标准麻花钻加工过程的工况分析56-58
• 5.1 引言56
• 5.2 麻花钻钻削工况分析56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 锥面后刀面标准麻花钻加工过程仿真58-73
• 6.1 引言58
• 6.2 刚塑性有限元法的理论基础及基本假设58-59
• 6.2.1 刚塑性有限元法概述58
• 6.2.2 基本假设及基本方程58-59
• 6.3 Deform软件简介59-60
• 6.3.1 Deform软件概述59
• 6.3.2 Deform系列软件59
• 6.3.3 Deform软件功能模块59
• 6.3.4 Deform软件操作流程59-60
• 6.4 Deform 3D前处理及求解60-61
• 6.4.1 前处理设置60-61
• 6.4.2 求解器设置61
• 6.5 基于Deform 3D的不同工况切削仿真分析61-72
• 6.5.1 工况一的仿真分析62-68
• 6.5.2 工况二的仿真分析68-72
• 6.6 本章小结72-73
• 结论与展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读学位期间发表论文79

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐看;黄艳玲;吕彦明;;金属切削过程有限元仿真技术研究[J];工具技术;2013年11期

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1 王宝林;钛合金TC17力学性能及其切削加工特性研究[D];山东大学;2013年

2 孙玉晶;钛合金铣削加工过程参量建模及刀具磨损状态预测[D];山东大学;2014年

3 杨扬;基于改进GEP的数控铣削过程物理建模及工艺参数优化方法研究[D];华中科技大学;2013年

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1 王瑞哲;硬态干式切削过程的有限元仿真[D];兰州理工大学;2013年

2 代玉娟;机械微细加工过程性能分析仿真研究[D];山东理工大学;2013年

3 张运建;基于铣刀角度的薄壁件铣削变形控制技术[D];南昌航空大学;2013年

4 付杰;难加工金属材料切削加工过程物理仿真与试验研究[D];湖南大学;2013年

5 吴薇薇;低合金高强钢中厚板V形弯曲工艺研究及有限元分析[D];中南大学;2013年

6 黄胜操;发动机缸体用灰铸铁材料加工性铸铁材能研究[D];河南科技大学;2013年

7 王芳;碳纤维复合材料钻削轴向力有限元仿真研究[D];大连交通大学;2013年

8 苏龙;麻花钻自动刃磨技术及实现装置的研究[D];陕西理工学院;2013年

9 李震;内冷式麻花钻的参数化设计及有限元分析[D];哈尔滨理工大学;2012年

10 楚文斌;金属零件切削表面粗糙度的几何仿真[D];华东理工大学;2014年

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本文编号：443760