断屑槽刀具车削仿真及试验研究

发布时间：2017-11-16 18:23

  本文关键词：断屑槽刀具车削仿真及试验研究

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【摘要】：为解决车削中的断屑困难问题,常见的断屑方法包括：改变切削参数、采用新的加工工艺、使用外加断屑装置以及使用断屑槽刀具等,其中使用断屑槽刀具是目前应用最多的一种断屑方法。为设计能有效断屑的断屑槽硬质合金刀片,通常需要试制刀具后进行大量切削试验,此过程费时且成本高。随着仿真技术的发展,借助有限元软件直接模拟断屑槽刀具的切削过程,通过分析仿真所得的断屑形态及相关数据来判断刀具的断屑性能,从而能避免重复性的切削试验,降低断屑槽刀具的设计成本。论文通过DEFORM软件建立了45钢车削加工的2D切削模型及3D切削模型,主要包括刀具模型、工件模型以及刀具-工件接触关系的建立。文中选用三种刀具以对比断屑槽刀具和平刀面刀具的切削过程,其中刀具几何特征参数通过逆向原理获得；工件材料模型采用了Johnson-Cook本构模型和Cockcroft-Latham韧性断裂准则,通过对比仿真结果和试验结果逆向确定了45钢的断裂阂值为250；刀具-工件之间选用剪切摩擦模型,摩擦系数为0.6,相对几何位置关系通过背前角BR、侧前角SR和侧刃倾角SCEA控制与切削试验参数一致。通过2D切削仿真模拟了锯齿状切屑及其断屑过程,证明了平刀面刀具和断屑槽刀具切削时,切屑的锯齿化程度随进给量增加而增加；相同切削参数下,平刀面刀具切削时切屑的锯齿化程度较大,断屑槽刀具在一定进给量时发生断屑；进一步对比不同槽深和深宽比条件下的切削仿真结果,可知槽深为0.15mm和深宽比较小时锯齿状切屑会产生折断。通过3D切削仿真获得了三维切屑形态及切屑折断过程,对比仿真结果与试验结果证明了断屑槽是导致切屑折断的主要原因；仿真获得的切屑几何参数与试验结果吻合,说明断屑槽对切屑几何参数影响较小；进一步对比切削力仿真值与试验值,进给抗力仿真值的误差超过30%的主要原因与仿真中刀具后刀面磨损小于试验值有关,切深抗力和主切削力的仿真结果则能有效预测实际切削过程；通过分析切削温度及刀具磨损结果,可知涂层是二者的主要影响因素；将3D仿真模型应用于新断屑槽刀具和新材料切削仿真,分别获得了相应的断屑形态、应力／应变分布及温度分布情况。2D仿真结果与3D仿真结果共同验证了文中仿真模型对断屑槽刀具仿真研究的有效性,从而为断屑槽刀具设计及相关研究提供了一种有效的方法。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG51

【参考文献】

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本文编号：1193266