凸曲面拼接模具铣削过程有限元仿真研究

发布时间：2020-09-28 19:29

　　汽车制造业飞速发展使得汽车普及到大众人群中,同时人们对汽车外观的要求也越来越高。汽车制造企业每年都会推出大量以美化外观为目的的新车型,在应对基础装备模具复杂表面凸曲面、凹曲面、多硬度拼接、沟槽、拐角时保证表面质量面临更大挑战。凸曲面多硬度拼接面是汽车覆盖件典型型面,在加工过程中由于材料硬度高、多硬度拼接等表面特征导致在拼接过缝处刀具载荷极不稳定刀具极易磨损,过缝处铣削力的突变对已加工表面质量造成影响。随着计算机技术的发展,利用有限元软件来模拟切削加工成为了一种重要的辅助方法。首先,针对球头铣刀铣削凸曲面建立刀具位姿系统,阐述了刀-工接触关系和切削层参数的特点,以及凸曲面曲率和前倾角对铣削过程中铣削力的影响机理,分析结果为凸曲面多硬度拼接铣削过程中铣削力的分析提供理论基础。使用仿真手段初步模拟了前倾角和曲率对铣削过程铣削力的影响。然后,本文基于大型有限元仿真软件ABAQUS/CAE 6.14,通过准静态试验、霍普金森压杆试验拟合出的本构参数输入软件,结合有限元仿真关键技术建立了凸曲面多硬度拼接铣削过程三维有限元模型。在刀具复杂轨迹设置中,提出以幅值曲线来定义三维自由曲线轨迹。球头铣刀切削刃的网格局部细化、合适的迭代分析算法都是保证铣削过程模拟计算收敛的充分条件。对模型后处理,得到了凸曲面拼接模具铣削过程的应力场分布,并对上坡下坡拼接过缝处切削热的温度三维场进行分析。最后,在不同铣削参数下对凸曲面不同硬度拼接过缝处的铣削力突变影响进行仿真模拟。最后,在立式四轴加工中心上开展铣削实验,并用瑞士KISTLER(奇石乐)旋转测力仪来测量铣削力。铣削实验进行了不同参数下拼接过缝处铣削力突变值的测量,并对一个走刀路径下三个方向铣削力突变值进行分析。将仿真值与实验值进行对比,分析误差产生的原因。研究结果为凸曲面多硬度拼接铣削过程仿真模型建立提供基础,并为后续铣削参数的优化及刀具结构设计提供理论支持。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG54
【部分图文】：

汽车覆盖件模具,汽车模具

第 1 章绪论题研究背景与意义来，我国汽车制造大国地位一直保持领先，在 2016 年产销量辆。目前汽车行业正面临改型换代，其中以汽车模具为装备基变是一个重要指标，汽车覆盖件模具如图 1-1 所示，由此对大的需求[1]。根据 2015 年《汽车模具行业产销需求分析报告国在国际上的模具市场总额达到 800 亿元，预测到 2021 年中破 3500 万辆台达到一个新高点，同时对于汽车模具的需求量

汽车覆盖件,模具型面,模具

图 1-2 典型的汽车覆盖件图 1-3 模具加工现场Fig.1-2 Typical automobile panel Fig.1-3 Die processing site复杂曲面、高硬度材料、多硬度拼接是汽车覆盖件模具上常见的型面特征，常见的典型复杂模具图，如图 1-4 和图 1-5 所示。在加工过程中，工件曲率不断变化、材料硬度过高、多硬度拼接导致刀具载荷极不稳定。从而使加工模具型面产生质量误差，刀具提前磨损、崩刃等问题。为了更精确的控制复杂型面精度以及延长刀具使用寿命，现对典型模具型面凸曲面拼接模具铣削过程进行研究。图 1-4 典型带镶块的拼接模具图 1-5 模具拼接缝（局部）

模具加工

【参考文献】