基于难加工材料特性的高速铣削力预测模型

发布时间：2017-12-16 03:31

  本文关键词：基于难加工材料特性的高速铣削力预测模型

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【摘要】：镍基高温合金及钛合金是典型的难加工金属材料,具有优良的力学特性,被广泛用于制造火箭发动机、蒸汽轮机及内燃机等装备中的关键热端零部件。而在此类零件的高速铣削加工过程中,铣削力是一个重要的过程参数,其中蕴含着材料及刀具参数、工件几何以及系统振动等信息,并直接影响加工质量、效率、安全性以及稳定性等。因此,建立铣削力预测模型,进行实际加工前的过程模拟和铣削力预测,并针对铣削力过大或波动剧烈区域及时修正加工轨迹及工艺参数,对于提高生产效率和安全性、降低成本有着重要作用。以往的铣削力建模方法大多只是针对常规切削速度下的铣削力研究,且在适用性或精度上存在一定的局限性,而难加工金属材料的切削机理本身在高速状态下就与低速状态下有所区别。因此,研究具有多适用性且适应高速切削状态的铣削力高精度预测模型具有一定的工程实际意义。本文以对不同难加工材料的高速铣削力精确预测为主要研究目标,通过研究分析材料特性：屈服强度、塑性、导热性等对铣削力影响规律,并结合刀具角度、高速切削条件以及工件形貌等因素,提出了一种多适用性铣削力预报方法。针对球头铣刀及平头铣刀的几何特征与铣削特点,分别建立对应的铣削力预测模型,实现对多适用性模型的探究。本文主要研究内容为：首先,研究与难加工材料高速铣削方式相适应的铣削力建模方法,完善建模思路与流程；通过微分处理,将刀具划分为一系列切削微元,以微元作为基本研究的单位,展开切削机理研究,并以微分的方式将连续的铣削过程离散为一系列静态的切削位姿组合；分析并建立了包括局部坐标系、刀具坐标系、工件坐标系以及机床坐标系在内的坐标系体系,研究刀具几何形状及在转动与进给状态下动、静态坐标系之间相互变换机制。结合直角及斜角切削特点,分析切削微元受力形式与力矢量的变化规律；研究金属切削过程内在机理,结合机械模型建模方法与解析模型建模方法,综合分析微元受力受工件材料参数及切削条件的交互影响规律；在力学分析的基础上结合经验关系建立刀具前刀面受力与工件材料参数及切削条件的函数关系；修正球头铣刀铣削力模型中未变形计算厚度的计算方法,考虑轴向进给的影响；建立并使用分层平均力反向识别的方法识别引入的系数：分别针对球头和平头铣刀铣削方式,建立不同铣刀的铣削力预测模型。最后,针对所建立的铣削力预测模型,进行了包括平面及曲面上的高速铣削试验,以对模型进行可靠性检验；通过Matlab编程模拟模型铣削过程,预测刀具实时受力状态,并将实验值与预测值进行比对,结果显示两者在幅值和趋势上都能较好地吻合；结合实际应用需求,对如何进一步提高预测精度给出了可行性建议。以上工作对后续更深入的研究有一定的导向作用,同时也可以对实际的生产加工提供一定的参考依据。
【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】：TG54

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