5A06铝合金薄壁结构件高速铣削的工艺研究
发布时间：2021-08-21 14:48
由于铝合金薄壁件具有比强度高、轻量化等优点被广泛应用于飞机大梁、壁板等主承力结构上。但此类零件材料去除率大、壁厚薄、刚度差、切削难度大,在高速铣削过程中,在铣削力的作用下容易失稳,导致不稳定铣削。不仅制约着薄壁件的加工质量和生产效率,同时对机床和刀具的使用寿命也造成很大影响。因此对高速切削过程中的切削参数选择进行研究有着非常重要的意义。然而在实际的加工中,对于参数的选择大部分靠以往的经验,如何选取合适的切削参数是需要解决的问题。因此本文针对5A06高速铣削薄壁件结构件的工艺优化主要做了以下内容:首先以高速切削理论和有限元技术作为基础,通过有限元分析软件Deform-3D和Ls-dyna动态仿真软件对5A06铝合金的切削过程进行模拟仿真,其中包括材料本构模型的建立、几何模型的建立、工件—刀具—切屑摩擦模型等。通过单因素分析在不同的主轴转速、进给速度以及背吃刀量分别对铣削力、刀具温度、刀具磨损以及工件变形的变化规律进行分析总结。其次再通过设计正交试验开展了在不同铣削参数条件下5A06的铣削加工试验,通过测量加工后的表面粗糙度,分析各个因素对表面粗糙度的影响情况,并且得出最优的参数组合,为加...
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属切削过程中的滑流线示意图
11图2.2几何分离准则物理分离准则是根据刀具尖端上方的部分转折点的多重物理性质来决定分离结果，当分割部分中与之有关的物理因素的数值超出相对应的规定最大值时，该部分就会被分割。该准则能比较准确地表示出在细微层面上切割过程的力学表征等物理因素。两类规则在比较之下可以得出，物理准则对现实情况的把握更贴切，但是其被实现的程度较低，尤其是在高速切削模式下，有些物件的物理因素难以控制，临界值的测量无法准确得知。在本文章应用的模型中自动认为转折点处的拉伸受力在超出应力10倍则可以认为切削面断开分离[28]。2.2.2材料的流动应力模型工程材料最先产生可恢复性变形的部分，流动应力主要受到应变率、应变、温度的调控。由此可见，基于材料构建本质的方程可以用此类应力与应变率、应变和温度之间的关系来表示。在当下的研究中，对此三类因素的探索主要涵盖比较大的界限，材料的移动性质还是依靠构建本质的方程来获取，如比较经典的Johnson-cook经验模型。当前市面上的有限制的单元分析程序一般都会装有自身使用的材料数据包，对于用户使用而言极其高效快捷。本文采用的软件是美国SFTC公司开发的一款工艺系统仿真软件Deform—3D，其材料库包含了数百种材料的数据，各种参考性质都有数据显示。由于该软件自身安装的材料库中不存在与本文材料相匹配的数据源，故将选择自建材料数据的方法建立对应的材料流动应力分析模型，将其视为各个方向性质一致的材料进行匹配的模型建立与分析。2.2.3材料的接触摩擦类型刀具与切削面碰触摩擦类别的精确判断是对有限单元分析准确程度的影响因素之一。在分析得到工程构建材料的本质构建方程后，该材料的流动应力的误差就会极大降低。在极速切割的研究初期，大多采用库伦摩擦理论，即刀面前端?
18式中，nBA+ε——材料应变强化效果；++..1ln1ocεε——材料应变速率；tmtTTTT1——流动应力所受温度的作用；δ——等效应力；ε——塑形应变；图3.15A06应力-应变曲线本文所用的5A06铝合金J-C本构参数采用分离式Hopkinson杆试验装置得到，其本构参数如下表所示：表3.15A06铝合金材料本构模型参数材料A(MPa)B(MPa)nCm5A06铝合金218.3704.60.620.0150.933.2.3刀具磨损模型的建立在Usui模型与Archard的刀具磨损类型。通常情况下，前一模型常用于金属不间断加工而后一模型则在间断加工领域有很好表现。因为本研究是铝合金的高速铣削加工，所以要选择Usui模型[36]。此表达式为3.2所示dtTbapVω=（3.2）式中，V——材料相对刀具表面滑速(m/h)；p——正压力(Pa)；w——摩擦体积()；a、b——实验系数；T——接触面的绝对温度(℃)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DEFORM的CFRP铣削过程仿真和参数优化分析[J]. 王振宇,王伟,王霄. 工具技术. 2018(08)
[2]薄壁类零件高速切削中切削力预测研究进展[J]. 朱延存,戚厚军,靳刚,孟庆国. 机械研究与应用. 2017(06)
[3]高速切削加工在机械制造中的运用[J]. 许永辉. 现代盐化工. 2017(05)
[4]航天用轻质结构材料研究进展及应用需求[J]. 王群,王婧超,李雄魁,孟德浩,高艺航. 宇航材料工艺. 2017(01)
[5]薄壁件高速切削稳定性研究[J]. 赵福桂,戚厚军. 机械工程与自动化. 2016(01)
[6]薄壁零件高速铣削变形有限元仿真[J]. 牛红亮,杜娟,杨振玲,董云霞. 制造业自动化. 2015(12)
[7]新型数控机床用镁铝合金的组织与性能研究[J]. 刘志刚. 制造业自动化. 2014(19)
[8]薄壁零件的制造工艺研究现状[J]. 石广丰,王景梅,宋林森,史国权,范慧芳. 长春理工大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]铝合金在航天航空中的应用[J]. 张钰. 铝加工. 2009(03)
[10]5A06铝合金的动态本构关系实验[J]. 林木森,庞宝君,张伟,迟润强. 爆炸与冲击. 2009(03)
博士论文
[1]薄壁件高速铣削稳定性及加工质量应用研究[D]. 黄云林.南京理工大学 2015
[2]残余应力生成机理及复杂薄壁件加工精度控制方法研究[D]. 江小辉.东华大学 2014
[3]基于表面微织构刀具的钛合金绿色切削冷却润滑技术研究[D]. 戚宝运.南京航空航天大学 2011
[4]超硬刀具高速铣削钛合金的基础研究[D]. 刘鹏.南京航空航天大学 2011
[5]镍基高温合金高速切削刀具磨损机理研究[D]. 肖茂华.南京航空航天大学 2010
[6]精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D]. 刘海涛.哈尔滨工业大学 2010
[7]防锈铝合金弱刚度复杂构件高速铣削工艺研究[D]. 汪振华.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]基于Deform的CFRP铣削过程仿真、参数优化及试验研究[D]. 王伟.江苏大学 2017
[2]切削镁铝合金金刚石单晶刀具的制备和磨损机理分析[D]. 朱玲艳.河南工业大学 2016
[3]高速铣削模具钢Cr12MoV的切削温度及刀具磨损研究[D]. 程格.兰州理工大学 2016
[4]钛合金薄壁件高速铣削加工技术的研究与应用[D]. 陈国三.南京理工大学 2016
[5]高速加工条件下铣削过程模拟研究[D]. 张志超.北京理工大学 2015
[6]基于正交试验的盾构刀具磨损分析[D]. 陈琳.石家庄铁道大学 2015
[7]42CrMo高强度钢高速铣削过程中切削力和切削温度的研究[D]. 刘衣昌.南华大学 2015
[8]高速铣削表面粗糙度预测及铣削参数优化研究[D]. 华崇.哈尔滨理工大学 2015
[9]硬质合金涂层立铣刀高速铣削钛合金切削性能研究[D]. 陈建军.哈尔滨理工大学 2014
[10]高速铣削P20模具钢铣削力的试验及仿真[D]. 王超.燕山大学 2013
本文编号：3355804
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属切削过程中的滑流线示意图
11图2.2几何分离准则物理分离准则是根据刀具尖端上方的部分转折点的多重物理性质来决定分离结果，当分割部分中与之有关的物理因素的数值超出相对应的规定最大值时，该部分就会被分割。该准则能比较准确地表示出在细微层面上切割过程的力学表征等物理因素。两类规则在比较之下可以得出，物理准则对现实情况的把握更贴切，但是其被实现的程度较低，尤其是在高速切削模式下，有些物件的物理因素难以控制，临界值的测量无法准确得知。在本文章应用的模型中自动认为转折点处的拉伸受力在超出应力10倍则可以认为切削面断开分离[28]。2.2.2材料的流动应力模型工程材料最先产生可恢复性变形的部分，流动应力主要受到应变率、应变、温度的调控。由此可见，基于材料构建本质的方程可以用此类应力与应变率、应变和温度之间的关系来表示。在当下的研究中，对此三类因素的探索主要涵盖比较大的界限，材料的移动性质还是依靠构建本质的方程来获取，如比较经典的Johnson-cook经验模型。当前市面上的有限制的单元分析程序一般都会装有自身使用的材料数据包，对于用户使用而言极其高效快捷。本文采用的软件是美国SFTC公司开发的一款工艺系统仿真软件Deform—3D，其材料库包含了数百种材料的数据，各种参考性质都有数据显示。由于该软件自身安装的材料库中不存在与本文材料相匹配的数据源，故将选择自建材料数据的方法建立对应的材料流动应力分析模型，将其视为各个方向性质一致的材料进行匹配的模型建立与分析。2.2.3材料的接触摩擦类型刀具与切削面碰触摩擦类别的精确判断是对有限单元分析准确程度的影响因素之一。在分析得到工程构建材料的本质构建方程后，该材料的流动应力的误差就会极大降低。在极速切割的研究初期，大多采用库伦摩擦理论，即刀面前端?
18式中，nBA+ε——材料应变强化效果；++..1ln1ocεε——材料应变速率；tmtTTTT1——流动应力所受温度的作用；δ——等效应力；ε——塑形应变；图3.15A06应力-应变曲线本文所用的5A06铝合金J-C本构参数采用分离式Hopkinson杆试验装置得到，其本构参数如下表所示：表3.15A06铝合金材料本构模型参数材料A(MPa)B(MPa)nCm5A06铝合金218.3704.60.620.0150.933.2.3刀具磨损模型的建立在Usui模型与Archard的刀具磨损类型。通常情况下，前一模型常用于金属不间断加工而后一模型则在间断加工领域有很好表现。因为本研究是铝合金的高速铣削加工，所以要选择Usui模型[36]。此表达式为3.2所示dtTbapVω=（3.2）式中，V——材料相对刀具表面滑速(m/h)；p——正压力(Pa)；w——摩擦体积()；a、b——实验系数；T——接触面的绝对温度(℃)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于DEFORM的CFRP铣削过程仿真和参数优化分析[J]. 王振宇,王伟,王霄. 工具技术. 2018(08)
[2]薄壁类零件高速切削中切削力预测研究进展[J]. 朱延存,戚厚军,靳刚,孟庆国. 机械研究与应用. 2017(06)
[3]高速切削加工在机械制造中的运用[J]. 许永辉. 现代盐化工. 2017(05)
[4]航天用轻质结构材料研究进展及应用需求[J]. 王群,王婧超,李雄魁,孟德浩,高艺航. 宇航材料工艺. 2017(01)
[5]薄壁件高速切削稳定性研究[J]. 赵福桂,戚厚军. 机械工程与自动化. 2016(01)
[6]薄壁零件高速铣削变形有限元仿真[J]. 牛红亮,杜娟,杨振玲,董云霞. 制造业自动化. 2015(12)
[7]新型数控机床用镁铝合金的组织与性能研究[J]. 刘志刚. 制造业自动化. 2014(19)
[8]薄壁零件的制造工艺研究现状[J]. 石广丰,王景梅,宋林森,史国权,范慧芳. 长春理工大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]铝合金在航天航空中的应用[J]. 张钰. 铝加工. 2009(03)
[10]5A06铝合金的动态本构关系实验[J]. 林木森,庞宝君,张伟,迟润强. 爆炸与冲击. 2009(03)
博士论文
[1]薄壁件高速铣削稳定性及加工质量应用研究[D]. 黄云林.南京理工大学 2015
[2]残余应力生成机理及复杂薄壁件加工精度控制方法研究[D]. 江小辉.东华大学 2014
[3]基于表面微织构刀具的钛合金绿色切削冷却润滑技术研究[D]. 戚宝运.南京航空航天大学 2011
[4]超硬刀具高速铣削钛合金的基础研究[D]. 刘鹏.南京航空航天大学 2011
[5]镍基高温合金高速切削刀具磨损机理研究[D]. 肖茂华.南京航空航天大学 2010
[6]精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D]. 刘海涛.哈尔滨工业大学 2010
[7]防锈铝合金弱刚度复杂构件高速铣削工艺研究[D]. 汪振华.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]基于Deform的CFRP铣削过程仿真、参数优化及试验研究[D]. 王伟.江苏大学 2017
[2]切削镁铝合金金刚石单晶刀具的制备和磨损机理分析[D]. 朱玲艳.河南工业大学 2016
[3]高速铣削模具钢Cr12MoV的切削温度及刀具磨损研究[D]. 程格.兰州理工大学 2016
[4]钛合金薄壁件高速铣削加工技术的研究与应用[D]. 陈国三.南京理工大学 2016
[5]高速加工条件下铣削过程模拟研究[D]. 张志超.北京理工大学 2015
[6]基于正交试验的盾构刀具磨损分析[D]. 陈琳.石家庄铁道大学 2015
[7]42CrMo高强度钢高速铣削过程中切削力和切削温度的研究[D]. 刘衣昌.南华大学 2015
[8]高速铣削表面粗糙度预测及铣削参数优化研究[D]. 华崇.哈尔滨理工大学 2015
[9]硬质合金涂层立铣刀高速铣削钛合金切削性能研究[D]. 陈建军.哈尔滨理工大学 2014
[10]高速铣削P20模具钢铣削力的试验及仿真[D]. 王超.燕山大学 2013
本文编号：3355804
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