不同硬度拼接模具铣削过程及切削参数反演研究

发布时间：2022-02-26 07:09

　　汽车覆盖件模具的设计及制造约占汽车开发周期的2/3,已成为汽车换改型的主要制约因素。对于大型汽车覆盖件模具而言,由于其自重及尺寸较大,若直接进行整体淬火,则加工难度大,型面精度难以有效控制。采用镶块式淬硬钢模件拼接后整体铣削加工可以有效解决上述问题。相对于一般铣削加工,拼接模具铣削加工存在两方面特征:过缝冲击及硬度突变。过缝冲击及硬度突变会造成切削力及切削振动产生阶跃性变化,加快了刀具磨损及降低了工件的型面精度。揭示铣削过程中刀具磨损特性和振动特性及影响机制是解决拼接模具加工难点的有效途径。本文针对汽车覆盖件拼接模具生产过程中型面精度不可控的实际问题,建立了切削力、切削振动、铣削稳定性、表面形貌及粗糙度预测模型,结合非支配精英策略遗传算法（NSGA-Ⅱ）、核主成分分析（KPCA）、多种群遗传算法（MPGA）和神经网络算法（ANN）实现了铣削参数多目标优化及反演,具体研究内容包括:依据拼接区域的刀-工接触关系和加工材料不同硬度,建立了拼接区域瞬时切屑厚度模型,结合瞬时刚性力模型得到了前刀面的剪切力。依据正应力及切应力在后刀面磨损区域分布规律,通过积分方法获得了后刀面的摩擦力。通过引入单自... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 铣削力建模研究
        1.2.2 动力学建模研究
        1.2.3 铣削稳定性预测研究
        1.2.4 表面形貌仿真研究
        1.2.5 多目标优化算法研究
    1.3 相关研究存在的主要问题
    1.4 课题来源和论文的主要研究内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 论文主要研究内容
第2章 考虑刀具磨损的拼接区域铣削力研究
    2.1 考虑刀具磨损铣削力模型
        2.1.1 前刀面剪切力模型
        2.1.2 后刀面摩擦力模型
    2.2 拼接区域冲击力模型
        2.2.1 法向接触力模型
        2.2.2 切向接触力模型
        2.2.3 冲击力模型
    2.3 拼接区域切削力模型
    2.4 实验及模型系数识别
        2.4.1 实验设备
        2.4.2 工件弹性变形量的获取
        2.4.3 剪切及摩擦系数的识别
    2.5 切削力仿真及实验验证
        2.5.1 斜平面铣削切削力仿真
        2.5.2 定曲率凸曲面切削力仿真
    2.6 本章小结
第3章 拼接区域动力学建模及稳定性分析
    3.1 铣削动力学建模
        3.1.1 模具铣削过程动力学方程
        3.1.2 拼接模具铣削过程动力学方程
    3.2 动力学参数辨识
        3.2.1 动态切削力系数识别
        3.2.2 模态参数识别
    3.3 铣削稳定性分析方法
        3.3.1 四阶完全离散方法
        3.3.2 离散方法验证
    3.4 拼接区域稳定性研究
        3.4.1 拼接区域稳定性及实验验证
        3.4.2 考虑刀具磨损的稳定性研究
    3.5 本章小结
第4章 拼接区域加工表面形貌仿真研究
    4.1 球头刀切削刃运动仿真建模
        4.1.1 考虑刀具磨损球头铣刀刃线方程
        4.1.2 考虑刀具振动球头铣刀刃线方程
        4.1.3 工件坐标系下球头铣刀刃线方程
    4.2 表面形貌仿真
        4.2.1 刀具及工件模型离散
        4.2.2 表面形貌仿真算法
    4.3 表面粗糙度仿真
        4.3.1 线表面粗糙度建模
        4.3.2 面表面粗糙度建模
    4.4 表面形貌仿真及实验验证
        4.4.1 实验设备及方案
        4.4.2 振动分析及实验验证
        4.4.3 表面形貌分析及实验验证
    4.5 表面粗糙度敏感性分析
        4.5.1 灰色关联分析
        4.5.2 实验方案及结果分析
    4.6 本章小结
第5章 拼接区域铣削参数反演及仿真平台
    5.1 拼接区域铣削参数优化
        5.1.1 切削参数优化目标函数建模
        5.1.2 约束条件及多目标函数
        5.1.3 多目标优化算法
        5.1.4 模型参数的获取及实验验证
        5.1.5 优化结果分析
    5.2 铣削过程参数反演设计研究
        5.2.1 KPCA-MPGA-ANN反演算法对应的数学模型
        5.2.2 NSGA-Ⅱ-KPCA-MPGA-ANN算法的设计
        5.2.3 反演结果分析
    5.3 铣削过程仿真平台搭建
        5.3.1 需求分析
        5.3.2 铣削过程仿真平台的搭建方案
        5.3.3 铣削过程仿真平台的验证
    5.4 本章小结
结论
参考文献
附录A
附录B
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间专利及科研项目与获奖情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GRA-RBF-FA的整体叶盘通道盘铣加工多目标参数优化[J]. 张楠,史耀耀,杨臣,陈振,刘江.  西北工业大学学报. 2019(01)
[2]凸曲面拼接模具铣削过程三维有限元仿真研究[J]. 岳彩旭,王彦武,高海宁,马晶.  航空制造技术. 2018(16)
[3]基于改进Z-MAP算法的球头铣刀加工表面形貌仿真与试验研究[J]. 董永亨,李淑娟,李言,李鹏阳,杨振朝.  机械工程学报. 2017(23)
[4]基于动态切削力系数的插铣加工过程稳定性研究[J]. 岳彩旭,高海宁,刘献礼.  机械工程学报. 2017(17)
[5]面向低能耗少切削液的多目标加工参数优化[J]. 马峰,张华,曹华军.  机械工程学报. 2017(11)
[6]基于点云的超精密铣削加工三维表面形貌仿真[J]. 彭芳瑜,方正隆,吴警,闫蓉.  华中科技大学学报(自然科学版). 2012(08)



本文编号：3644197