钢轨材料铣削有限元仿真及加工参数优化研究

发布时间：2020-08-15 16:25

【摘要】：二十一世纪初以来,高速铁路、地铁以及磁悬浮列车在我国得到了蓬勃发展。钢轨作为承载列车的重要支撑部件,在列车普遍高速运行的情况下,容易加剧钢轨的磨损和病害的产生,轮轨之间长时间反复的高速滚动接触使得钢轨破坏得愈加严重。钢轨铣磨车作为新型钢轨修复设备,其铣刀盘是铣磨车加工中最核心的一大构件,在铣削加工中能够去除钢轨修复的绝大部分加工余量,直接关系到钢轨铣磨车的作业质量与工作效率。本文为给钢轨铣磨车铣刀盘铣削去除机理以及优选刀具几何角度提供理论支持,进行了一系列实验与仿真研究,主要内容如下:(1)采用AdvantEdge所建立的铣削仿真模型,得到了实验工艺参数下铣削钢轨材料的铣削力、铣削温度仿真结果。借助有限元仿真的便利性,分析了不同刀具角度参数对铣削温度、铣削力的影响规律,能够为铣刀盘刀具结构的设计提供一定参考价值。(2)在分析正交实验原理基础上,基于多因素的正交回归实验法,利用粒子群优化算法,得出了硬质合金刀具铣削高锰钢的铣削温度以及铣削力的经验公式,分别研究了主轴转速,进给速度,切削深度以及切削宽度等因素对铣削温度和铣削力的影响。(3)利用AdvantEdge仿真得到的结果,分别对正交实验进行方差与极差分析,以刀具角度、铣削用量为输入参数,以铣削力、铣削温度作为优化目标,对钢轨材料的铣削加工参数进行优化,能够对钢轨高锰钢铣削用量和刀具角度的优化提供理论依据和应用指导。(4)通过K型人工电偶测量铣削过程中的刀/工面铣削温度,对比仿真结果与实验结果,验证了仿真结果具有相当的可靠性。AdvantEdge建立的仿真模型完全适用于钢轨材料的铣削实验分析,可以极大降低实验成本,对于钢轨材料的切削仿真具有极大的实际意义。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54
【图文】：

示意图,切削变形,金属切削,示意图

２．１．１切削变形理论逡逑１９世纪末，在大量的实验基础上人们发现，切屑是刀具对工件材料进行挤压逡逑发生变形和剪切滑移而形成的。如图２．１所示金属切削变形区有三个：变形区Ｉ、逡逑变形区ＩＩ和变形区ＩＩＩ。第Ｉ变形区主要受剪切力作用，第ＩＩ变形区和第ＩＩＩ变形区逡逑受挤压和摩擦力的作用［１７］。逡逑图２．１切削变形示意图逡逑２．１．２金属切削力理论逡逑铣削过程中铣削力主要来源有两个方面：一是被切削金属、切屑和工件表层逡逑金属的弹、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑、工件表面间的摩擦阻力。逡逑铣削过程中影响铣削力的因素主要有工件材料、刀具材料、刀具几何参数以及切逡逑削参数等。逡逑学者们对切削力的理论公式进行了大量的计算与分析，但是切削过程复杂多逡逑变，至今也没能得到与实验完全符合的理论公式。在大量的实验中，利用现代先逡逑进设备对切削力进行实时测量，运用数学建模的方法对测量结果进行统计分析，逡逑６逡逑

切削过程,软件

ｔＥｄｇｅ软件分析流程逡逑ｄｇｅ软件作为一种有限元分析软件，其分析流程由三个求解和仿真结果分析。下面主要通过ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ软件立进行介绍。逡逑真参数设置逡逑：ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ软件工艺定义界面，见图２．３。需要输入述（该软件不支持中文名及中文目录），再进行工艺选择。３Ｄ模型的详细的车削、铣削、钻削、镗削、攻丝、切槽；ｅｗ邋Ｐｒｏｊｅｃｔ逡逑Ｐｌａｃｅｄ邋／邋Ｊｏｂ邋Ｎａｍｅ：逡逑Ｐｒｏｔｅｃｔ邋Ｉ邋Ｊｏｂ邋Ｄｅｓｃｒａｐｌｉａｎ：逡逑Ｐｉｏｃｅｓｓ邋Ｔ＾＞ｅ逦＾逦Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ逡逑Ｏ邋，ｔｕｆｎ＞ｎ0ｊ邋．邋Ｕｐ邋ｍｉｌｌｉｎｇ逦－ｕ逡逑Ｓａｖｉｎｇ邋Ｄｏｗｎ邋ｍｉｌｌｉｎｇ逦ｖ．，ｒｎ逦Ｔｏｏｌ逡逑Ｂｉｏａｃｈｉｎｇ逦Ｍｋ：ｉｏ－Ｍ＜ｉｃｈｉｎｉｎｇ逦＾邋Ｊ逡逑？＾

界面图,工艺,界面,软件

图２．２切削过程图逡逑ｔＥｄｇｅ软件分析流程逡逑ｄｇｅ软件作为一种有限元分析软件，其分析流程由三个阶求解和仿真结果分析。下面主要通过ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ软件进行介绍。逡逑真参数设置逡逑：ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ软件工艺定义界面，见图２．３。需要输入述（该软件不支持中文名及中文目录），再进行工艺选择。３Ｄ模型的详细的车削、铣削、钻削、镗削、攻丝、切槽等；ｅｗ邋Ｐｒｏｊｅｃｔ逡逑

【参考文献】