铝合金活塞裙加工残余应力及切削参数优化的研究

发布时间：2021-12-15 20:11

　　活塞作为柴油机传递运动和动力的关键部件,其加工质量和工艺可靠性直接影响柴油机的服役性能。本文对铝合金活塞裙加工中切削力、切削温度和加工残余应力进行了研究,利用粒子群算法对切削加工参数进行了优化,主要内容包括:1.基于Johnson-Cook流动应力模型及Oxley切削模型,建立了 ZL109铝合金活塞裙加工中切削力的预测模型,研究了切削力随切削参数和刀具参数的变化规律。利用镜像热源法建立了切削温度预测模型,分析了不同切削速度下的温度分布情况。2.基于金属切削原理和弹塑性相关理论,分析了活塞加工中应力的分布,建立了ZL109铝合金活塞裙切削加工残余应力的预测模型,研究了活塞裙加工残余应力随切削参数和刀具参数的变化规律。3.根据弹塑性有限元理论,采用DEFORM有限元软件建立了 ZL109铝合金活塞裙切削加工三维有限元模型,对活塞裙切削加工过程中的切削力、切削温度和加工残余应力进行了有限元仿真,分析了切削用量和刀具几何参数对切削力、切削温度以及加工残余应力的影响。4.根据活塞裙加工特点,在加工工艺系统各项性能参数约束条件的基础上,引入了残余应力约束条件,完成了优化问题中的约束条件的定义。采...

【文章来源】： 西安理工大学陕西省

【文章页数】：78 页

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 本文研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 切削力和切削热的研究现状
        1.2.2 加工残余应力研究现状
        1.2.3 切削参数优化研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
2 活塞裙加工切削力与切削热的预测模型
    2.1 引言
    2.2 切削力预测模型
        2.2.1 锋利刀具下的切削力模型
        2.2.2 考虑刃口半径作用的切削力模型
    2.3 切削温度预测模型
    2.4 结果分析
        2.4.1 参数设置
        2.4.2 切削力模型的参数响应
        2.4.3 切削温度模型的参数响应
    2.5 本章小结
3 活塞裙加工残余应力的预测模型
    3.1 引言
    3.2 切削加工残余应力的产生机理
    3.3 切削加工残余应力预测模型
        3.3.1 切削加工中工件应力分布
        3.3.2 切削加工残余应力的计算
    3.4 残余应力预测模型的参数响应
        3.4.1 切削速度对残余应力的影响
        3.4.2 进给量对残余应力的影响
        3.4.3 背吃刀量对残余应力的影响
        3.4.4 刀具前角对残余应力的影响
        3.4.5 刃口半径对残余应力的影响
    3.5 本章小结
4 基于DEFORM的活塞裙切削加工有限元仿真
    4.1 引言
    4.2 活塞裙加工有限元仿真模型的建立
        4.2.1 弹塑性本构关系
        4.2.2 活塞的材料模型
        4.2.3 切削分离准则
        4.2.4 接触摩擦模型
        4.2.5 热传导模型
        4.2.6 网格的划分
    4.3 切削力有限元仿真结果分析
        4.3.1 切削参数对切削力的影响
        4.3.2 刀具参数对切削力的影响
    4.4 切削温度有限元仿真结果分析
        4.4.1 切削参数对切削温度的影响
        4.4.2 刀具参数对切削温度的影响
    4.5 残余应力有限元仿真结果分析
        4.5.1 残余应力的提取
        4.5.2 切削参数对残余应力的影响
        4.5.3 刀具参数对残余应力的影响
    4.6 本章小结
5 基于粒子群算法的活塞切削参数优化
    5.1 引言
    5.2 切削参数优化模型的建立
        5.2.1 优化变量的确定
        5.2.2 目标函数
        5.2.3 约束条件
    5.3 基于粒子群算法的切削参数优化
        5.3.1 粒子群优化算法
        5.3.2 优化算法的实现与结果分析
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 本文结论
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的文章


【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金车削过程中基于遗传算法的切削参数多目标优化 [J]. 薛国彬,郑清春,胡亚辉,苏哩莉.  工具技术. 2017(01)
[2]切削稳定性约束下的铣削参数优化技术研究 [J]. 胡瑞飞,殷鸣,刘雁,苏真伟,殷国富.  机械工程学报. 2017(05)
[3]预应力切削加工TC4钛合金表面残余应力的有限元模拟 [J]. 徐建建,耿国盛,李国红,冯晶晶.  机械工程材料. 2015(06)
[4]钛合金高速铣削加工的有限元模拟与分析 [J]. 王明海,王京刚,郑耀辉,李世永,高蕾.  机械科学与技术. 2015(06)
[5]基于DEFORM的刀具几何参数与切削力关系的研究 [J]. 魏效玲,王剑锋.  组合机床与自动化加工技术. 2014(11)
[6]铣削新型TC21钛合金多目标参数优化 [J]. 陶开荣,周成,李海滨.  航空制造技术. 2014(08)
[7]基于ANSYS的高速铣削立铣刀切削受力及变形的研究 [J]. 侯学元,韩淑华.  机床与液压. 2014(01)
[8]7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验 [J]. 杨吟飞,张峥,李亮,何宁,赵威.  航空学报. 2014(02)
[9]加工精度和金属切除率的精车切削优化 [J]. 陈青艳,胡成龙,杜军.  组合机床与自动化加工技术. 2013(03)
[10]基于DEFORM 3D的ADI切削力有限元仿真 [J]. 徐青山,郭旭红,万东东.  机械设计与制造. 2013(02)

博士论文
[1]基于预应力切削的加工表面残余应力控制研究[D]. 覃孟扬.华南理工大学. 2012



本文编号：3537070