车削工艺参数对铝合金211Z加工表面质量的影响

发布时间：2017-07-04 20:13

  本文关键词：车削工艺参数对铝合金211Z加工表面质量的影响

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【摘要】：耐热高强韧铝合金211Z是近年来我国在新型铝合金材料研发方面取得的一项的重大突破,该材料的研制成功解决了目前高强度铸造铝合金存在的强度不足、配方成本高的问题,是目前强度最高、综合力学性能最好的铸造铝合金材料之一,应用前景十分广阔。较强的塑性和变形能力也使得该材料的切削加工具有一定的特殊性。本文围绕铝合金211Z的动态力学性能,车削加工方式,工艺参数对切削加工性和表面质量的影响等,主要展开了以下几个方面的的研究:1.研究了铝合金211Z的动态力学性能,对其进行常温下准静态加载的拉伸试验和不同温度下的动态压缩实验,得出了相应的应力-应变曲线。依据Johnson-Cook模型,在准静态到动态较宽应变率范围内建立了材料的物理本构方程,为铝合金211Z切削加工的计算机模拟、切削加工变形机理分析奠定了基础。2.在UG中建立了刀具的三维几何模型,在Deform-3D中建立了铝合金211Z的车削有限元模型,仿真了切削加工过程,并开展了车削实验进行验证。3.通过计算机模拟和车削实验,研究了切削用量(切削速度、进给量、背吃刀量)及刀具几何参数(前角、主偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径)对铝合金211Z切削力、切削温度的影响规律,建立了切削力、切削温度的预测模型,对预测模型进行了拟合度和回归显著性检验并进行了实验验证,结果表明预测模型能很好的反映切削用量与切削力、切削温度之间的关系。4.通过车削实验研究了切削用量及刀尖圆弧半径对已加工表面粗糙度的影响规律,分别以切削用量、刀尖圆弧半径为自变量,建立了铝合金211Z表面粗糙度的预测模型,并对预测模型进行了修正。5.通过计算机模拟和车削实验,研究了切削用量对铝合金211Z已加工表面残余应力的影响规律,并通过有限元仿真研究了前角对已加工表面残余应力的影响规律。
【关键词】：铝合金211Z 动态力学性能 切削力 切削温度 表面粗糙度 表面残余应力
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG51;TG146.21
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.1.1 课题研究的背景10
• 1.1.2 课题研究的意义10-11
• 1.2 国内外研究现状分析11-15
• 1.2.1 金属切削变形过程的研究11-12
• 1.2.2 铝合金材料动态力学性能研究12-13
• 1.2.3 铝合金材料切削加工机理研究13-14
• 1.2.4 铝合金材料切削加工表面质量研究14-15
• 1.3 有限元技术在切削加工中的应用15-16
• 1.4 Deform-3D概述16-17
• 1.5 课题研究的的主要内容及论文框架17-18
• 1.6 本章小结18-20
• 第2章 铝合金 211Z动态力学性能研究20-32
• 2.1 本构关系简介20
• 2.2 铝合金 211Z材料性能20-21
• 2.3 实验方法与技术21-23
• 2.3.1 研究材料动态力学性能的方法21
• 2.3.2 霍普金森压杆的实验原理21-23
• 2.4 Johnson-Cook本构模型23
• 2.5 铝合金 211Z准静态拉伸及动态压缩实验23-26
• 2.5.1 常温下的准静态拉伸试验23-24
• 2.5.2 常温下的动态压缩试验24-25
• 2.5.3 不同温度下的动态压缩实验25-26
• 2.5.4 高温度的动态压缩实验26
• 2.6 铝合金 211Z Johnson-Cook本构方程参数的确定26-28
• 2.7 切削加工过程有限元模拟的其它关键技术28-30
• 2.7.1 材料分离准则28-29
• 2.7.2 摩擦磨损模型29
• 2.7.3 热传导模型29-30
• 2.8 本章小结30-32
• 第3章 铝合金 211Z切削力研究32-51
• 3.1 切削力的来源32-33
• 3.2 铝合金 211Z车削有限元建模过程33-36
• 3.3 车削加工过程的实验研究36-37
• 3.3.1 切削力测试系统36
• 3.3.2 实验条件及设备36-37
• 3.4 切削用量对切削力影响规律的研究37-40
• 3.4.1 实验方案设计37-38
• 3.4.2 切削速度对切削力的影响38-39
• 3.4.3 进给量对切削力的影响39-40
• 3.4.4 背吃刀量对切削力的影响40
• 3.5 切削力预测模型的建立40-45
• 3.5.1 正交试验设计40-42
• 3.5.2 数据分析42-43
• 3.5.3 切削力预测模型的建立43-45
• 3.5.3.1 基于实验的切削力预测模型43-44
• 3.5.3.2 基于仿真的切削力模型44-45
• 3.5.3.3 切削力模型的实验验证45
• 3.6 刀具几何参数对切削力影响规律的研究45-49
• 3.6.1 实验方案46-47
• 3.6.2 前角对切削力的影响47
• 3.6.3 主偏角对切削力的影响47-48
• 3.6.4 刃倾角对切削力的影响48-49
• 3.7 本章小结49-51
• 第4章 铝合金 211Z切削温度研究51-59
• 4.1 切削温度的产生及分布51-52
• 4.2 切削用量对切削温度影响规律的研究52-53
• 4.2.1 切削速度切削温度的影响52
• 4.2.2 进给量切削温度的影响52-53
• 4.2.3 背吃刀量切削温度的影响53
• 4.3 车削温度预测模型的建立53-55
• 4.3.1 实验数据处理及分析53-54
• 4.3.2 车削温度预测模型的建立54-55
• 4.4 刀具几何参数对切削温度影响规律的研究55-57
• 4.4.1 前角对切削温度的影响55-56
• 4.4.2 主偏角对切削温度的影响56
• 4.4.3 刃倾角对切削温度的影响56
• 4.4.4 刀尖圆弧半径对切削温度的影响56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 铝合金 211Z车削加工表面粗糙度研究59-67
• 5.1 表面粗糙度的主要评定参数及检测方法59-60
• 5.2 切削用量对铝合金 211Z表面粗糙度影响规律的研究60-62
• 5.2.1 切削速度对表面粗糙度的影响60-61
• 5.2.2 进给量对表面粗糙度的影响61
• 5.2.3 背吃刀量对表面粗糙度的影响61-62
• 5.3 粗糙度预测模型的建立（切削用量为自变量）62-63
• 5.3.1 实验数据分析62
• 5.3.2 粗糙度预测模型的建立62-63
• 5.3.3 粗糙度预测模型的实验验证63
• 5.4 刀尖圆弧半径对铝合金 211Z表面粗糙度影响的研究63-65
• 5.4.1 刀具几何形状的复映63-64
• 5.4.2 刀尖圆弧半径对表面粗糙度影响的实验研究64-65
• 5.5 表面粗糙度预测模型的建立与修正（刀尖圆弧半径为自变量）65-66
• 5.6 本章小结66-67
• 第6章 铝合金 211Z车削加工表面残余应力研究67-75
• 6.1 表面残余应力的产生及影响67
• 6.2 X射线法的测量方法及原理67-69
• 6.3 车削加工表面残余应力的有限元模拟过程69-70
• 6.4 切削用量对铝合金 211Z表面残余应力影响规律的研究70-73
• 6.4.1 切削速度对表面残余应力的影响70-71
• 6.4.2 进给量对表面残余应力的影响71-72
• 6.4.3 背吃刀量对表面残余应力的影响72
• 6.4.4 前角对表面残余应力的影响72-73
• 6.5 正交试验数据及分析73-74
• 6.6 本章小结74-75
• 第7章 总结与展望75-77
• 7.1 结论75-76
• 7.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 研究生期间参加课题研究工作及论文发表情况82-83

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