球头铣刀几何参数集成仿真优化方法
发布时间：2021-08-20 00:38
随着新材料、新工艺的出现,传统参数固定的通用刀具难于满足现代制造业灵活的需求,在切削过程中刀具几何参数影响切削力与切削温度,而力与温度是造成刀具磨损和失效的主要原因,同时还影响着加工表面的形状与质量。目前国内外多数学者将刀具参数作为已知量进行研究,而非针对具体的加工对象设计具有专用属性的高性能刀具,且刀具几何参数之间是相互关联的,不可孤立的选择某一参数。在满足一定的切削工况下,优化刀具几何参数是提升切削性能的有效手段,使用试验方法分析金属切削过程,需配备高精度设备和检测仪器作为支撑,成本代价高昂,随着现代计算机技术的蓬勃发展,基于有限元理论的定量化仿真技术成为了研究切削加工和刀具优化的有力工具,但其自动化程度较低,刀具与仿真前处理的建模周期长。为了使球头铣刀几何参数的优化设计更加高效,本文提出了集成仿真优化刀具几何参数的方法,研究了Isight集成UG、ABAQUS软件的关键技术,阐述了在集成过程中所需的必要文件及其获取方法。首先,分析球头铣刀的结构特征,建立了Isight集成UG所需的刀具特征变量表达式文本、球头铣刀参数化模型文件、UG模型更新代码程序。然后基于有限元切削仿真的关键技...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锯齿状切屑形成过程车削仿真
的分布情况。J.C.Aurich 等学者基于 DEFORM-3D 软件采用 Cockroft-Latham分离准则，模拟了钛合金材料锯齿形切屑形成过程[3]。Tarek Mabrouki 和Daniel Nelias 研究了刀屑接触区域的剪切应力，分析了极限剪切应力同摩擦系数和温度间的作用关系，通过 ABAQUS/Explicit 有限元分析软件，采用改进的正交切削模型呈现了加工 TC4 材料时摩擦系数、切削速度及车刀前角同切屑形态的关系[4]。Alaa Olleak 和 Tugrul Ozel 基于三维有限元模型，研究设计了钛合金 Ti-6Al-4V 纹理结构刀具，发现垂直和斜槽微纹理结构刀具的切削力降低明显，此外，微观纹理区域内观察到刀具磨损低于传统的刀具，干式加工中微纹理结构有助于提升刀具的性能[5]。Mathias Agmell 和 Volodymyr Bushlya 使用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）公式，建立有限元模型研究 PCBN 刀具切削AISI316L 材料的切削力与切削温度，并阐述锯齿形切屑对刀具使用性能的影响[6]。Sampsa VA Laakso 等结合实验与仿真方法分析摩擦模型、刀具几何形状对切削力的影响，如图 1-3 所示，分析了不同摩擦值对切屑形成的影响，结果显示刀具几何形状显著影响进给力，而摩擦力仅影响进给力 20-50%[7]。EkremOezkaya 和 Dirk Biermann 创建了三维有限元攻丝仿真模型如图 1-4 所示，并在设计阶段预测相对扭矩，利用适当的分割方法解决计算用时长问题，并评估了加工过程中刀具的性能[8]。
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文增强了刀具使用寿命。哈尔滨理工大学刘献礼[11]基于有限元软件 ABAQUS，分析了高速车削 GCr15 轴承钢时，三种不同刃口结构（倒圆、锋利、倒棱）对切削力、切削温度及残余应力的影响。何志祥通过 Deform-3D 研究了车刀几何角度和刃口结构对切削温度影响关系，并以金属去除率和切削温度最小为优化目标，得到了车削钛合金时刀具结构的最佳参数组合[12]。徐衍锋等学者基于AdvantEdgeTM 切削加工物理仿真平台，建立了镍基高温合金铣削过程的有限元仿真模型，阐述了铣削速度、每齿进给量和铣削深度对切削热的影响，研究结果表明，切削速度的变化对切削温度的影响比切削深度和每齿进给量更大[13]。黄翠建立了三维车削 GH4169 热力耦合有限元仿真模型，借助有限元方法揭示了切削参数不同时切削力、刀具磨损量以及切屑形状的变化规律，对比了仿真与试验过程中刀具磨损形貌如图 1-5 所示，并预测了刀具磨损主要区域[14]。李海安等人使用有限元法建立了硬质合金立铣刀三维切削仿真模型，并将铣削仿真获得的切屑形态同实验相对比如图 1-6 所示，并基于最低切削力和切削温度的目标优化了刀具的几何参数，得到了铣削钛合金时整体立铣刀优化的几何参数和切削刃刃形[15]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]球头铣刀铣削SKD61钢三维仿真研究[J]. 董佳灵,黄立新,何祥圣. 轻工机械. 2018(02)
[2]基于Cruise-Isight联合仿真的乘用车变速器速比优化[J]. 艾小忱,郑广勇,张寿凤,曾浩. 机械传动. 2018(02)
[3]基于多元非线性回归的刀具几何参数优化[J]. 于金,王胤棋,高彦梁. 制造业自动化. 2016(05)
[4]基于遗传算法的某汽车外形空气动力学优化[J]. 赖晨光,陈小雄,文凯平,陆茂桂. 重庆理工大学学报(自然科学). 2016(04)
[5]高温合金GH4169高速铣削仿真加工与分析[J]. 徐衍锋,赵灿,刘玉波. 机械工程师. 2014(05)
[6]基于iSIGHT的鼓式制动器多目标优化设计[J]. 潘金坤. 制造业自动化. 2011(09)
[7]多目标优化问题的研究概述[J]. 肖晓伟,肖迪,林锦国,肖玉峰. 计算机应用研究. 2011(03)
[8]球头铣刀高速切削Inconel 718的刀具磨损研究[J]. 何磊,李亮,戚宝运. 工具技术. 2010(09)
[9]机械优化设计理论方法研究综述[J]. 董立立,赵益萍,梁林泉,朱煜,段广洪. 机床与液压. 2010(15)
[10]S形刃球头立铣刀的数学模型[J]. 盛尚雄,吴卓,马世辉. 甘肃科学学报. 2009(04)
博士论文
[1]整体硬质合金球头铣刀“形—性—用”一体化设计与制造研究[D]. 计伟.哈尔滨理工大学 2015
硕士论文
[1]基于ABAQUS二次开发的框架结构设计平台研究[D]. 马川.西安建筑科技大学 2018
[2]某微型纯电动车正面碰撞安全分析与优化[D]. 孔国栋.湖南大学 2017
[3]基于有限元方法的GH4169车削过程刀具磨损仿真及试验研究[D]. 黄翠.哈尔滨理工大学 2017
[4]微型扑翼飞行器机翼的仿生设计与多目标优化[D]. 李建明.南京航空航天大学 2017
[5]镍基高温合金切削加工的物理仿真及工艺参数优化[D]. 蒲新明.西南石油大学 2016
[6]钛合金TC4高速铣削试验研究及数值模拟[D]. 胡敏敏.昆明理工大学 2016
[7]基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发[D]. 吴燕.沈阳理工大学 2016
[8]双刃可转位球头立铣刀结构设计与铣削性能研究[D]. 曾林林.西华大学 2015
[9]航空航天典型材料切削数据库系统的研究[D]. 丁明娜.哈尔滨理工大学 2015
[10]基于正面碰撞的轿车车架轻量化研究[D]. 仪德涛.湖南大学 2014
本文编号：3352455
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锯齿状切屑形成过程车削仿真
的分布情况。J.C.Aurich 等学者基于 DEFORM-3D 软件采用 Cockroft-Latham分离准则，模拟了钛合金材料锯齿形切屑形成过程[3]。Tarek Mabrouki 和Daniel Nelias 研究了刀屑接触区域的剪切应力，分析了极限剪切应力同摩擦系数和温度间的作用关系，通过 ABAQUS/Explicit 有限元分析软件，采用改进的正交切削模型呈现了加工 TC4 材料时摩擦系数、切削速度及车刀前角同切屑形态的关系[4]。Alaa Olleak 和 Tugrul Ozel 基于三维有限元模型，研究设计了钛合金 Ti-6Al-4V 纹理结构刀具，发现垂直和斜槽微纹理结构刀具的切削力降低明显，此外，微观纹理区域内观察到刀具磨损低于传统的刀具，干式加工中微纹理结构有助于提升刀具的性能[5]。Mathias Agmell 和 Volodymyr Bushlya 使用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）公式，建立有限元模型研究 PCBN 刀具切削AISI316L 材料的切削力与切削温度，并阐述锯齿形切屑对刀具使用性能的影响[6]。Sampsa VA Laakso 等结合实验与仿真方法分析摩擦模型、刀具几何形状对切削力的影响，如图 1-3 所示，分析了不同摩擦值对切屑形成的影响，结果显示刀具几何形状显著影响进给力，而摩擦力仅影响进给力 20-50%[7]。EkremOezkaya 和 Dirk Biermann 创建了三维有限元攻丝仿真模型如图 1-4 所示，并在设计阶段预测相对扭矩，利用适当的分割方法解决计算用时长问题，并评估了加工过程中刀具的性能[8]。
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文增强了刀具使用寿命。哈尔滨理工大学刘献礼[11]基于有限元软件 ABAQUS，分析了高速车削 GCr15 轴承钢时，三种不同刃口结构（倒圆、锋利、倒棱）对切削力、切削温度及残余应力的影响。何志祥通过 Deform-3D 研究了车刀几何角度和刃口结构对切削温度影响关系，并以金属去除率和切削温度最小为优化目标，得到了车削钛合金时刀具结构的最佳参数组合[12]。徐衍锋等学者基于AdvantEdgeTM 切削加工物理仿真平台，建立了镍基高温合金铣削过程的有限元仿真模型，阐述了铣削速度、每齿进给量和铣削深度对切削热的影响，研究结果表明，切削速度的变化对切削温度的影响比切削深度和每齿进给量更大[13]。黄翠建立了三维车削 GH4169 热力耦合有限元仿真模型，借助有限元方法揭示了切削参数不同时切削力、刀具磨损量以及切屑形状的变化规律，对比了仿真与试验过程中刀具磨损形貌如图 1-5 所示，并预测了刀具磨损主要区域[14]。李海安等人使用有限元法建立了硬质合金立铣刀三维切削仿真模型，并将铣削仿真获得的切屑形态同实验相对比如图 1-6 所示，并基于最低切削力和切削温度的目标优化了刀具的几何参数，得到了铣削钛合金时整体立铣刀优化的几何参数和切削刃刃形[15]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]球头铣刀铣削SKD61钢三维仿真研究[J]. 董佳灵,黄立新,何祥圣. 轻工机械. 2018(02)
[2]基于Cruise-Isight联合仿真的乘用车变速器速比优化[J]. 艾小忱,郑广勇,张寿凤,曾浩. 机械传动. 2018(02)
[3]基于多元非线性回归的刀具几何参数优化[J]. 于金,王胤棋,高彦梁. 制造业自动化. 2016(05)
[4]基于遗传算法的某汽车外形空气动力学优化[J]. 赖晨光,陈小雄,文凯平,陆茂桂. 重庆理工大学学报(自然科学). 2016(04)
[5]高温合金GH4169高速铣削仿真加工与分析[J]. 徐衍锋,赵灿,刘玉波. 机械工程师. 2014(05)
[6]基于iSIGHT的鼓式制动器多目标优化设计[J]. 潘金坤. 制造业自动化. 2011(09)
[7]多目标优化问题的研究概述[J]. 肖晓伟,肖迪,林锦国,肖玉峰. 计算机应用研究. 2011(03)
[8]球头铣刀高速切削Inconel 718的刀具磨损研究[J]. 何磊,李亮,戚宝运. 工具技术. 2010(09)
[9]机械优化设计理论方法研究综述[J]. 董立立,赵益萍,梁林泉,朱煜,段广洪. 机床与液压. 2010(15)
[10]S形刃球头立铣刀的数学模型[J]. 盛尚雄,吴卓,马世辉. 甘肃科学学报. 2009(04)
博士论文
[1]整体硬质合金球头铣刀“形—性—用”一体化设计与制造研究[D]. 计伟.哈尔滨理工大学 2015
硕士论文
[1]基于ABAQUS二次开发的框架结构设计平台研究[D]. 马川.西安建筑科技大学 2018
[2]某微型纯电动车正面碰撞安全分析与优化[D]. 孔国栋.湖南大学 2017
[3]基于有限元方法的GH4169车削过程刀具磨损仿真及试验研究[D]. 黄翠.哈尔滨理工大学 2017
[4]微型扑翼飞行器机翼的仿生设计与多目标优化[D]. 李建明.南京航空航天大学 2017
[5]镍基高温合金切削加工的物理仿真及工艺参数优化[D]. 蒲新明.西南石油大学 2016
[6]钛合金TC4高速铣削试验研究及数值模拟[D]. 胡敏敏.昆明理工大学 2016
[7]基于Abaqus的钛合金高速切削仿真平台的开发[D]. 吴燕.沈阳理工大学 2016
[8]双刃可转位球头立铣刀结构设计与铣削性能研究[D]. 曾林林.西华大学 2015
[9]航空航天典型材料切削数据库系统的研究[D]. 丁明娜.哈尔滨理工大学 2015
[10]基于正面碰撞的轿车车架轻量化研究[D]. 仪德涛.湖南大学 2014
本文编号：3352455
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