钛合金加工用硬质合金刀具参数化建模及其结构优化研究

发布时间：2021-05-08 21:10

　　钛合金由于具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高、生物相容性好等优异性能,已经成为航空航天、生物医疗等领域中的重要材料。然而由于钛合金的变形系数小、导热性差、化学活性高、弹性模量小等特性,使得其可加工性差,因此钛合金加工用刀具的研究成为了一个重要课题。刀具基体材料、刀具涂层材料及其涂覆技术、刀具结构设计等对刀具的性能都有重要影响。通过分析其研究现状,本文将从刀具结构设计方面对硬质合金刀具开展研究及优化工作。通过分析四刃平头铣刀的几何结构,建立了四刃平头铣刀的数学解析模型,为刀具的参数化建模提供了基础。为提高刀具的设计效率,采用UG二次开发方法对刀具的参数化建模进行了研究。在此基础上,完成了多种类型的钛合金加工用硬质合金刀具的结构设计工作。使用有限元软件建立了四刃平头铣刀切削Ti-6Al-4V的三维仿真模型,通过分析切削过程中的切削力、切削温度、刀具上的应力分布及切屑形貌等,对刀具的几何参数进行了优选。并对刀具的结构进行了改进以提升其排屑性能。通过对刀具的几何参数进行正交优选,发现四刃刀具在螺旋角、前角和后角分别为45°、10°、13°时切削性能较好,并对两刃及六刃平头铣刀的几何参数进行了优选... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题背景及研究意义
    1.2 加工钛合金用硬质合金刀具国内外研究现状及分析
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 硬质合金刀具参数化建模及其结构设计
    2.1 四刃平头铣刀几何模型分析
        2.1.1 四刃平头铣刀几何参数分析
        2.1.2 四刃平头铣刀数学解析模型的建立
    2.2 刀具参数化建模方法研究
        2.2.1 刀具参数化建模方法分析
        2.2.2 刀具参数化建模架构设计
    2.3 钛合金加工用硬质合金刀具结构设计
        2.3.1 整体式硬质合金刀具结构设计
        2.3.2 可转位刀具结构设计
    2.4 本章小结
第3章 四刃平头铣刀几何参数及结构仿真优化研究
    3.1 引言
    3.2 四刃平头铣刀切削仿真模型的建立
        3.2.1 材料本构模型及材料参数
        3.2.2 摩擦模型
        3.2.3 切屑分离准则
        3.2.4 边界条件设置及网格划分
    3.3 四刃平头铣刀切削Ti-6Al-4V的仿真研究
        3.3.1 仿真过程中刀具上的应力及温度分布分析
        3.3.2 仿真过程中切削力及切屑形貌初步分析
    3.4 四刃平头铣刀几何参数优选研究
        3.4.1 四刃平头铣刀螺旋角优选分析
        3.4.2 四刃平头铣刀前角优选分析
        3.4.3 四刃平头铣刀后角优选分析
        3.4.4 四刃平头铣刀结构改进研究
        3.4.5 四刃平头铣刀几何参数正交优选研究
    3.5 刀具整体结构的模态分析
    3.6 本章小结
第4章 平头铣刀切削性能仿真与实验验证
    4.1 引言
    4.2 四刃平头铣刀切削Ti-6Al-4V有限元仿真与实验初步验证
        4.2.1 加工设备及实验检测设备
        4.2.2 Ti-6Al-4V切削实验与仿真所得切屑形貌对比分析
    4.3 平头铣刀切削Ti-6Al-4V的切削性能仿真对比分析
        4.3.1 不同切削深度下刀具切削性能仿真分析
        4.3.2 不同主轴转速下刀具切削性能仿真分析
        4.3.3 不同每齿进给量下刀具切削性能仿真分析
    4.4 Ti-6Al-4V槽铣削实验及结果分析
        4.4.1 切削参数对四刃平头铣刀切削Ti-6Al-4V的影响分析
        4.4.2 平头铣刀及商用四刃平头铣刀切削性能对比验证实验
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于刀具磨损速率的刀具设计及优化[J]. 邵芳,王仁伟.  工具技术. 2016(11)
[2]整体硬质合金刀具参数化直接建模的研究与实现[J]. 赵鑫,卓勇,展慧娴,陈俊发.  机电工程. 2014(06)
[3]硬质合金刀具切削Ti6Al4V的磨损机理及特征[J]. 姜增辉,王琳琳,石莉,吴月颖.  机械工程学报. 2014(01)
[4]PCBN刀具高速切削钛合金切削力和表面质量的研究[J]. 李甜甜,姜丽娜,吴冉.  工具技术. 2013(01)
[5]深孔麻花钻三维参数化设计及其优化[J]. 黎正科,周志雄,黑大全,宋铁军.  广西大学学报(自然科学版). 2012(05)
[6]切削Ti-6Al-4V硬质合金涂层平头立铣刀的几何参数优化仿真研究[J]. 林琪,刘战强,曹成铭,汤爱民,肖思来.  工具技术. 2011(10)
[7]PCBN刀具及其高速切削性能研究进展[J]. 刘琨,郭炎强,纪莲清,刘书锋,官强.  粉末冶金工业. 2011(02)
[8]不同冷却条件下钛合金材料的车削性能研究[J]. 李登万,陈洪涛,黄隧,张昌义,杨伦.  工具技术. 2010(03)
[9]PCBN刀具加工TC4钛合金的切削加工性[J]. 刘战强,艾兴,李甜甜,万熠.  山东大学学报(工学版). 2009(01)
[10]PCBN刀具高速切削钛合金切削性能研究[J]. 李甜甜,刘战强,王晓琴.  工具技术. 2008(03)

博士论文
[1]KDP晶体修复用球头微铣刀及其对表面质量影响的研究[D]. 陈妮.哈尔滨工业大学 2018
[2]整体式立铣刀参数化设计与周齿刃磨成形过程建模[D]. 李国超.山东大学 2015
[3]基于钛合金高速铣削刀具失效演变的硬质合金涂层刀具设计与制造[D]. 李安海.山东大学 2013
[4]钛合金Ti6Al4V高效切削刀具摩擦磨损特性及刀具寿命研究[D]. 王晓琴.山东大学 2009

硕士论文
[1]KDP晶体修复用PCD微球刀的设计与加工工艺研究[D]. 陈妮.哈尔滨工业大学 2013
[2]微铣削加工毛刺的形成过程仿真与实验研究[D]. 倪海波.哈尔滨工业大学 2012
[3]整体硬质合金立铣刀参数化设计及优化[D]. 裴志强.山东大学 2012



本文编号：3176007