刀具磨损对齿圈加工表面残余应力的影响研究

发布时间：2017-10-28 17:04

  本文关键词：刀具磨损对齿圈加工表面残余应力的影响研究

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【摘要】：车辆传动系统中的关键结构件因空间约束和工作使命的特殊要求,结构上主要采用薄壁设计,且加工精度要求高,如行星架、齿圈、外轮毂等。这类零件在切削加工过程中容易受到残余应力的影响而发生变形,而刀具磨损是切削过程中影响残余应力的重要因素。因此,研究刀具磨损对残余应力的影响具有十分重要的意义。本文从齿圈已加工表面残余应力的产生机理入手,通过模型解析、有限元仿真和实验研究的方法分析了刀具后刀面磨损对切削力、切削热以及残余应力的影响规律,并验证了仿真的有效性。主要研究内容包括以下几个方面:首先,通过分析已加工表面形成过程,研究了加工表面残余应力的产生机理,认为刀具磨损是通过改变切削过程中力和热来影响已加工表面残余应力的分布;以刀-工接触面为研究对象,通过对剪切区、刃口区和刀-工摩擦磨损区的应力场进行计算,建立基于刀具后刀面磨损量的切削力模型;在分析切削过程中切削热产生和传出的基础上,建立基于刀具后刀面磨损量的刀-工温度场解析模型,为后续的切削过程仿真提供理论指导。其次,在研究切屑分离准则、刀-屑摩擦模型、工件的材料本构关系模型等理论的基础上,针对弱刚度件齿圈的工件材料,应用有限元软件ABAQUS建立齿圈的三维正交切削有限元模型。通过有限元仿真分析,从金属切削机理的角度,分析车削加工过程中,不同刀具磨损量条件下,切削力、切削热以及残余应力的变化规律。最后,选取特定的刀具后刀面磨损量对齿圈材料进行精车加工工序,然后利用超声波法测试仪检测残余应力的方法对精车加工后的表面残余应力进行测量,并与相同磨损量下的仿真结果进行比对,验证正交切削加工二维仿真的准确性。
【关键词】：刀具磨损 齿圈 切削力 切削热 残余应力
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外刀具磨损研究现状12
• 1.3 国内外残余应力研究现状12-18
• 1.3.1 残余应力的定义12-13
• 1.3.2 残余应力的分类13-14
• 1.3.3 残余应力实验法研究现状14-15
• 1.3.4 残余应力有限元模拟研究现状15-17
• 1.3.5 刀具磨损对残余应力的影响研究现状17-18
• 1.4 本论文的主要研究内容18-21
• 第2章 后刀面磨损下的切削力热分析21-35
• 2.1 切削加工表面残余应力的产生机理21-23
• 2.1.1 已加工表面的形成过程21-22
• 2.1.2 残余应力的产生机理22-23
• 2.2 已加工表面切削力模型23-30
• 2.2.1 剪切区受力分析24-25
• 2.2.2 刀具后刀面磨损带受力分析25-26
• 2.2.3 刀具上其它部分受力分析26-29
• 2.2.4 已加工表面切削合力求解29-30
• 2.3 已加工表面刀-工面温度场模型30-34
• 2.3.1 切削过程中切削热的产生和传出30-31
• 2.3.2 刀-工接触区温度场解析模型31-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 刀具磨损对残余应力的影响仿真研究35-61
• 3.1 有限元仿真的关键技术35-42
• 3.1.1 工件材料的本构方程35-36
• 3.1.2 材料屈服准则36-38
• 3.1.3 切屑分离准则38-39
• 3.1.4 材料失效准则39-40
• 3.1.5 接触摩擦准则40-41
• 3.1.6 热传导模型41
• 3.1.7 网格的划分41-42
• 3.2 齿圈切削过程二维仿真模拟42-47
• 3.2.1 磨损刀具有限元模型的建立42-43
• 3.2.2 正交切削有限元模型的建立43-45
• 3.2.3 齿圈材料参数的设定45-46
• 3.2.4 网格的划分46-47
• 3.3 切削力仿真结果分析47-49
• 3.3.1 切削力随时间的变化规律47-48
• 3.3.2 切削力与刀具后刀面磨损量的关系48-49
• 3.4 切削温度仿真结果分析49-53
• 3.4.1 切削温度场分析49-51
• 3.4.2 切削温度与刀具后刀面磨损量的关系51-53
• 3.5 残余应力仿真结果分析53-60
• 3.5.1 仿真过程应力分析53-54
• 3.5.2 仿真加工表面残余应力形成过程分析54-55
• 3.5.3 机械应力对残余应力的影响分析55-57
• 3.5.4 热应力对残余应力的影响分析57-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第4章 齿圈精车工序残余应力研究61-67
• 4.1 切削加工实验设计61-62
• 4.1.1 实验目的61
• 4.1.2 实验条件61-62
• 4.1.3 实验过程62
• 4.2 残余应力测量62-64
• 4.2.1 超声波测量残余应力仪器62-64
• 4.2.2 残余应力测量过程64
• 4.3 等效参数下仿真结果对比分析64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：1109125