船用柴油机缸盖高速稳定、低应力切削参数优化

发布时间：2017-08-08 14:21

  本文关键词：船用柴油机缸盖高速稳定、低应力切削参数优化

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【摘要】：近年来,随着加工制造技术的不断发展,高速加工技术在各个领域的应用越来越广。船用柴油机缸盖实现高速加工也被提上议程,但由于国内高速加工技术不成熟,船用柴油机缸盖高速加工技术并没有得到有效地运用和推广。高速加工过程中存在诸多问题,其中以切削颤振最为突出,一旦发生颤振,加工表面将留下大量的振纹,严重影响产品加工质量,甚至导致产品报废,重则发生机床事故。同时对于缸盖这种结构,在高进给加工过程中容易引起应力集中,过大的应力可导致可观的变形,严重影响产品质量。这些技术难点导致其多采用过于保守的切削参数进行加工,以牺牲效率换取质量。为了解决船用柴油机缸盖高速加工中的技术难点,本文在总结分析国内外高速加工技术研究现状的基础上,对船用柴油机缸盖高速加工机理、稳定性预测、低加工应力和切削参数优化技术进行了研究。本文主要研究内容如下:(1)分析总结国内外缸盖高速加工技术,对缸盖高速加工过程中切屑形成机理和残余应力形成机理进行了总结分析,为下一步的缸盖高速切削有限元分析提供了理论依据;并建立了缸盖高速铣削系统动力学模型,为缸盖高速铣削稳定性预测提供数学模型。(2)为了实现缸盖高速铣削稳定性预测,基于高速铣削稳定性理论,本文通过锤击试验测得加工系统动态特性,并使用颤振稳定域频域求解方法得到了缸盖高速铣削稳定性极限图;其次,结合铣削力模型和稳定性极限图进行了加工过程的时域仿真,得到不同切削参数对刀具振动位移的影响规律,同时也验证了稳定性极限图的可靠性。(3)针对缸盖高速、高进给加工过程中加工应力过高的问题,本文基于仿真分析方法,研究了不同切削要素对船用柴油机缸盖高速切削表面加工应力的影响。首先,简化缸盖高速铣削加工过程;其次,基于Abaqus有限元法建立了船用柴油机缸盖二维高速切削有限元模型,进而探究了不同切削速度、切削深度、刀具角度下缸盖加工应力变化规律。(4)为了提高缸盖加工效率,本文根据船用柴油机缸盖高速加工过程的特点,在机床-刀具系统性能约束条件的基础上,引入稳定性、低应力约束条件,完成了缸盖高速铣削参数优化方案设计,最后利用粒子群算法实现了缸盖高速铣削参数优化。
【关键词】：船用柴油机 高速加工技术 切削颤振 加工应力 切削参数优化
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 研究背景与意义12
• 1.2 高速加工特点12-13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 高速切削稳定性国内外研究现状13-14
• 1.3.2 高速切削模拟仿真国内外研究现状14-16
• 1.3.3 切削参数优化国内外研究现状16-17
• 1.4 船用柴油机缸盖加工工艺分析17-18
• 1.5 论文章节安排及结构18-20
• 第2章 船用柴油机缸盖高速铣削加工机理研究20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 缸盖高速铣削的变形过程及其切屑形成机理20-22
• 2.3 缸盖高速铣削加工残余应力形成机理22-23
• 2.4 船用柴油机缸盖高速铣削系统动力学模型23-28
• 2.4.1 船用柴油机缸盖高速铣削静态切削力模型23-25
• 2.4.2 船用柴油机缸盖高速铣削动态切削力模型25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 船用柴油机缸盖高速铣削稳定性预测29-38
• 3.1 引言29
• 3.2 船用柴油机缸盖高速铣削稳定性理论29-30
• 3.2.1 高速铣削系统再生颤振29
• 3.2.2 加工系统动态特性分析29-30
• 3.3 船用柴油机缸盖高速铣削稳定性极限图30-34
• 3.4 船用柴油机缸盖高速铣削加工动力学方程数值分析34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 船用柴油机缸盖高速铣削加工应力分析38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 高速铣削仿真建模过程分析38-40
• 4.2.1 高速铣削加工过程的简化38-39
• 4.2.2 正交切削有限元模型的假设条件39-40
• 4.3 船用柴油机缸盖二维高速切削有限元模型的建立40-42
• 4.3.1 二维有限元模型的建立40
• 4.3.2 网格划分及单元选择40-41
• 4.3.3 边界条件和约束41
• 4.3.4 工件和刀具材料设定41-42
• 4.4 切削参数对缸盖加工应力的影响42-45
• 4.4.1 切削速度对缸盖加工应力的影响42-43
• 4.4.2 切削深度对缸盖加工应力的影响43-44
• 4.4.3 刀具角度对缸盖加工应力的影响44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 船用柴油机缸盖高速加工参数优化46-56
• 5.1 引言46
• 5.2 船用柴油机缸盖高速加工目标优化参数模型的建立46-49
• 5.2.1 优化变量的确定46
• 5.2.2 目标函数的确定46-47
• 5.2.3 约束条件的确定47-49
• 5.3 基于粒子群算法的缸盖高速加工参数优化49-55
• 5.3.1 优化算法的确定49-50
• 5.3.2 优化算法的设计50-54
• 5.3.3 优化结果分析54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 6.1 结论56
• 6.2 展望56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果62-63
• 致谢63

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