基于硬质合金刀片的切削加工的仿真及实验研究

发布时间：2017-10-24 18:00

  本文关键词：基于硬质合金刀片的切削加工的仿真及实验研究

  更多相关文章： 有限元 切削因素 切削力 硬质合金刀片 表面粗糙度 切屑

【摘要】：随着科学技术水平的不断提高,对制造业的要求也越来越高,金属切削技术作为制造业的重要组成部分面临着巨大挑战,为提高工件表面质量,高效率和高精度的切削技术成为迫切需要的关键技术。由于金属切削机理过程的复杂性,金属切削研究一直是比较棘手的问题。早期研究所使用的工程实验和理论分析存在缺点,如不易跟踪观测、高昂的观测设备费用、实验周期长、人力消耗大等缺点。金属切削的有限元模拟技术以其低成本、直观方便等特性应用于金属切削技术研究领域,而且使用有限元方法的模拟结果与工程实验所得到的结果吻合,因此本文主要采用有限元(FEM)法进行金属切削技术的相关研究。论文首先研究45钢工件切削参数对表面质量(表面粗糙度)的影响情况。通过切削实验,对工件表面粗糙度进行检测,根据检测数据进行分析,为优化刀具的切削参数奠定基础。利用ABAQUS软件建立二维正交的金属切削有限元模型,刀具为硬质合金YT15和新型刀片MC6025为主,工件材料为45钢和高温合金GH4169,工件的材料模型采用Johnson-Cook本构方程,采用Johnson-Cook破裂准则实现切屑和工件分离关系,使用网格的自适应性划分技术,再对沙漏的现象进行了控制和后处理。按照单因素控制变量的方法,研究各切削因素对切削力的影响以及新型刀片MC6025切削45钢时对表面粗糙度的影响,通过切削仿真对45钢进行背吃刀量、切削速度、进给量和前角对切削力、切削应力、温度以及切削毛刺的影响研究;按照单因素控制变量的方法通过切削实验对高温合金GH4169进行切削速度、背吃刀量及进给量对切削力影响的研究;通过研究锯齿型切屑形成的过程,揭示高温合金GH4149的切屑变形机理,将锯齿型切屑的形成过程分为三个阶段(初始、变形和形成),结合切屑变形机理,按照具体一组切削用量的数据对高温合金GH4169的切削应力、切削力、切削应变及切削温度进行仿真的研究和分析,发现切屑中的各个过程点与切削力、切削应变、温度中的特征点都相互对应的,并有一定的规律性。同时在有限元工具的基础上,验证了切削实验过程和模拟具有很好的一致性,为以后的深入研究可打下扎实的基础。
【关键词】：有限元 切削因素 切削力 硬质合金刀片 表面粗糙度 切屑
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG506;TG711
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 选题的来源、背景和意义13-14
• 1.1.1 选题的来源13
• 1.1.2 选题的背景13-14
• 1.1.3 选题的意义14
• 1.2 切削加工中的有限元仿真的历程及研究14-19
• 1.2.1 有限元方法的发展历史14-15
• 1.2.2 ABAQUS有限元软件的简介15
• 1.2.3 国内学者对切削过程中的有限元仿真的研究15-18
• 1.2.4 国外学者对切削过程中的有限元仿真的研究18-19
• 1.3 表面质量的研究19-20
• 1.4 切削与被切削材料的选取20-24
• 1.4.1 硬质合金刀片20-23
• 1.4.2 45钢的切削特性23
• 1.4.3 高温合金GH4169的切削特性23-24
• 1.5 本文主要内容24-25
• 第二章 切削加工中切削力的影响因素分析与研究25-33
• 2.1 切削力的来源25
• 2.2 切削用量对切削力的影响25-28
• 2.2.1 背吃刀量pa与进给量f对切削力的影响26-27
• 2.2.2 切削速度V对切削力的影响27-28
• 2.3 工件材料及刀具材料对切削力的影响28-29
• 2.3.1 工件材料对切削力的影响28-29
• 2.3.2 刀具材料对切削力的影响29
• 2.4 刀具几何角度对切削力的影响29-31
• 2.5 积屑瘤对切削力的影响31-32
• 2.6 切削液对切削力的影响32
• 2.7 刀具磨损对切削力的影响32
• 2.8 本章小结32-33
• 第三章 硬质合金刀片切削加工中的实验研究33-43
• 3.1 切削因素对切削力的影响33-37
• 3.1.1 实验系统和实验条件33-34
• 3.1.2 切削高温合金GH4169实验设计34-35
• 3.1.3 切削45钢的实验设计35
• 3.1.4 切削高温合金GH4169的实验结果与分析35-37
• 3.1.5 切削45钢的实验结果与分析37
• 3.2 硬质合金刀片对表面粗糙度的影响37-41
• 3.2.1 实验条件38
• 3.2.2 实验装置及实验方法38-39
• 3.2.3 实验结果与分析39-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 硬质合金刀片切削45钢的有限元仿真分析43-61
• 4.1 45钢切削过程的有限元模型43-50
• 4.1.1 假设条件43
• 4.1.2 材料模型43-50
• 4.2 45钢切削过程的有限元仿真结果分析50-57
• 4.2.1 切削仿真结果51-56
• 4.2.2 数据的分析总结56-57
• 4.3 等效应力和切屑温度的变化57-58
• 4.4 刀具前角对毛刺影响的切削仿真58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 硬质合金刀片切削高温合金GH4169锯齿型切屑形成及仿真分析61-74
• 5.1 切屑的分类61-62
• 5.2 高温合金GH4169的切削加工性能62-64
• 5.3 高温合金GH4169锯齿型切屑形成的机理研究64-67
• 5.3.1 锯齿型切屑形成机理理论64-65
• 5.3.2 锯齿型切屑的形成65-67
• 5.4 仿真模型建立67-69
• 5.4.1 模型的建立67-68
• 5.4.2 模型假设条件68
• 5.4.3 工件的参数68-69
• 5.5 摩擦模型69
• 5.6 热传递模型69-70
• 5.7 结果仿真分析70-73
• 5.7.1 切屑形成和应力分析70-71
• 5.7.2 切削力分析71
• 5.7.3 温度和应变分析71-73
• 5.8 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-77
• 6.1 总结74-76
• 6.1.1 硬质合金刀片切削45钢74-75
• 6.1.2 硬质合金刀片切削高温合金GH416975-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果82-83
• 致谢83-84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 舒平生;;基于Abaqus的A357铝合金正交切削加工有限元仿真及其实验研究[J];组合机床与自动化加工技术;2015年08期

2 胡吉成;刘冠成;王瑞显;;基于残余应力的弱刚度结构件加工变形分析[J];江汉大学学报(自然科学版);2015年03期

3 段春争;王肇喜;李红华;;高速切削锯齿形切屑形成过程的有限元模拟[J];哈尔滨工程大学学报;2014年02期

4 孔虎星;郭拉凤;尹晓霞;;基于ABAQUS的钛合金切削有限元分析[J];机电技术;2011年04期

5 车现发;周燕飞;;辅助支撑对薄壁件加工变形影响的数值模拟[J];机械制造;2011年02期

6 尤振平;叶文君;惠松骁;于洋;王希哲;张翥;;TB10钛合金的动态力学性能及绝热剪切分析[J];稀有金属;2008年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 肖茂华;镍基高温合金高速切削刀具磨损机理研究[D];南京航空航天大学;2010年

，

本文编号：1089863