高强度钢钻削过程的加工仿真与实验研究

发布时间：2020-07-22 16:44

【摘要】：高强度钢在切削加工过程中存在断屑困难,切削温度高,单位面积上的切削力大等问题,利用传统的切削试验方法耗时耗财,效率不高且对切削的预见性不强。针对上述问题,本文研究了高强度钢钻削过程的加工仿真技术,并对钻削过程进行了实验研究。论文的主要内容包括以下几个方面:首先,本文利用三维建模软件(SolidWorks)建立了麻花钻的模型,采用双因素无重复试验设计方法设计了仿真试验表,在DEFORM-3D软件中对高强度钢钻削仿真实验表中的数据进行仿真。分析了仿真过程中会遇到的一些问题,并针对这些问题提出了相应的解决方法。得到不同切削参数下钻削高强度钢时的轴向力、转矩,以及钻削温度等所对应的形象直观的仿真结果。并将仿真的具体数据导出,对导出的数据进行滤波来消除大误差点,得到相应的仿真实验数据,采用图表的形式对数据的变化情况进行呈现。其次,利用方差分析法即就是变异数分析对受切削参数影响的轴向力,扭矩及温度等进行显著性分析。仿真的数据表导入Design expert软件中,研究仿真试验指标和试验因素之间的回归关系(响应面分析),并就有交互关系的试验因素生成的响应曲面进行分析。对钻削参数、钻削轴向力与扭矩之间的响应关系进行二次非线性拟合及分析,获得钻削轴向力、扭矩与切削参数间的函数关系,为进一步优化加工参数提供参考。最后,结合MATLAB中的遗传算法工具箱,采用多目标优化的方法,来对加工参数进行优化,获得了钻削加工的Pareto最优解集。从Pareto最优解集中获得了部分优化的切削参数,并对优化出的部分切削参数进行钻削实验。对实验中切屑的形态,钻削时的振动情况,孔的质量等进行观察、测量和分析。将实验中获得的数据进行整理分析,以此验证了仿真优化后的结果与实验结果的一致性以及优化的有效性和仿真的可行性。本文采用有限元方法分析钻削加工过程,获得了硬质合金麻花钻在钻削AISI4340时的切削参数。并且证明以仿真结果代替部分加工实验来对加工参数进行优化有一定依据以及准确度,该方法可以有效的缩短研究周期,在节约资源的同时获得准确可靠的加工参数。优化后的加工参数为工艺人员研究高强度钢钻削过程,进一步优化加工参数和改进加工工艺提供有价值的参考依据,对实践有一定的指导价值。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG52
【图文】：

金属,医疗机械,意义,机械制造业

1 绪论1 绪论与意义民经济中，机械加工制造业占据着重要地位，而在机械加工中，孔特别是在石油、航空、电子、汽车、医疗机械等领域得到了广泛据统计，在金属切削加工中孔加工约占金属切削去除量的 1/3。在钻孔所占的比重则更高[2-3]。钻削作为孔加工中最经济和高效的方工的生产效率，降低生产成本，对机械制造业的快速发展和促进国分重要的意义[4]。

微观形貌,高强度钢,切削加工

1 绪论后续切削用量的优化做参考依据[14]。龙震海、王西彬等人在一定切削用量范围内设因素五水平试验。采用相关统计方法，对高强度钢高速铣削时切削力受切削参数的影行分析，建立切削力模型并使用残差分析验证设置的切削用量范围可被有效利用[15]彩旭、仲昭楠等人对高强度模具钢 Cr12MoV 切削过程中一些微观形貌，如变质层表微硬度、白层厚度等进行研究，分析了切削参数、刀具磨损等因素对已加工表面变质这些微观形貌变化的影响，对切削参数优化有一定参考价值[16]。综合上述文献总结强度钢切削加工时的特点如图 1.2。

示意图,钻削加工,钻尖,示意图

最后要对仿真的相关理论以及仿真软件进行了解和熟悉过程进行仿真。过程中钻削用量及切削层要素钻头的回转运动与轴向进给运动组成，如图 2.1 所示。一般确查阅手册、公式计算法和专家经验法。本文将一些切削手册推经验融合在一起来研究相关切削参数。量计算公式： ν处的主运动速度：0( / min)1000d nv m —钻头直径 ( mm )；钻头或工件转速 ( r/ min)

【参考文献】