铝合金2219铣削应力波产生和传播规律研究

发布时间：2020-05-03 20:21

【摘要】：制造技术的快速发展,有效推动了整体切削铝合金大型薄板件在航空、航天等领域的广泛应用。但是,随着切削速度的不断提高,加工区域的应变率效应和波动效应逐渐增强,从而严重影响材料去除时的成屑过程和工件的表面质量。当应力波引起的应力大于材料的屈服强度时,会使材料发生塑性变形,影响铣削表面的残余应力。因此,研究铣削时铝合金薄板中应力波的产生和传播规律,对改善工件表面质量和残余应力分布具有重要意义。本文以铣削铝合金2219为例,建立了铣削平面纵波和平面横波的波动方程,结合应力位移关系、初始条件和边界条件,采用积分变换的方法对波动方程进行求解,得到了纵波和横波传播的数学模型。采用有限元仿真软件ABAQUS开展二维切削仿真,得到了纵波和横波的传播、演化规律,并验证了数学模型的正确性。分析了切削参数对应力波传播的影响规律,并拟合出了应力波衰减函数。结果表明,应力波与外载荷直接相关,传播时以近似指数形式衰减。设计了垂直铣削表面方向的纵波波动信号测量方案,分析了铣削力对加速度信号的影响。通过单因素铣削实验,对比了铣削参数变化时,铣削力峰值与加速度峰值的变化规律,验证了理论模型中应力波与载荷直接相关的结论。此外,分析了铣削参数对残余应力的影响,结果表明残余应力在铣削力较大的方向较明显。研究了工件表面中的铣削应力波传播规律和动态响应规律。通过三维仿真研究了工件表面中的应力随时间的变化,通过铣削实验测量工件表面的动态应变,验证了仿真结果的正确性,为平面内的应力波测量奠定了基础。通过调整主轴转速,分析了加载频率对工件动态响应的影响,发现铣削频率不同时工件应变周期性变化的频率恒定。设计了工件表面中进给方向和垂直进给方向的动态应变测量方法,分解了动态正应变和动态剪应变,并分析了铣削力对动态应变的影响规律。测得了工件表面中的纵波和横波传播引起的应变扰动,分析了工件表面中的纵波和横波的传播和衰减规律。结果表明,纵波衰减较快,横波衰减较慢,卸载波随着铣刀与测点距离的减小先增加后减小。
【图文】：

的传播互不影响［１７］，，因此可以将解析解叠加，场变化规律。不考虑衰减时，纵波和横波的解式的形式相同，因此以式（２－１２）为例分析应力的传播过程，设定外载荷如图２－ｌ（ａ）所示。波形函数为；波形只是的函数，其ｃ，逡逑经过平移、翻转、拉伸得到。在Ａ／时间后，波形变变，如果把ｘ值也增大Ａｘ＝ＣｌＡ／，则波形重新形在Ａ／时间内向右移动了邋Ａｘ的距离，移动的传播，且在传播时波形不发生改变。同理，。逡逑

因此本文以ＡＢＡＱＵＳ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ模块建立二维切削仿真模型，分析应力波的演化规逡逑律，验证理论模型的正确性。逡逑有限元模型的特征如图２－２所示，其中刀尖以下工件宽度为１０ｍｍ，长度为逡逑２０ｍｍ。为了更好地呈现应力波的传播现象，从工件上边界靠近中间位置开始切逡逑肖ＩＪ。为降低仿真过程的复杂度，对有限元模型进行如下简化：逡逑（丨）刀具材料为硬质合金，其硬度和刚度与工件材料铝合金相比足够大，逡逑因此假设刀具为刚体。逡逑（２）
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V252.2;TG54;TG146.21

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本文编号：2648072