3Cr2W8V模具钢高速铣削建模优化与热塑失稳研究
发布时间：2022-04-15 23:08
高速切削加工已成为解决难加工材料最有效的方法之一,优化切削用量使得工艺系统达到最佳的状态,获得高的加工精度和生产效率显得十分重要。本文以社会经济发展广泛使用的3Cr2W8V模具钢为加工对象,通过国内外高速切削技术的发展与现状分析、切削变形与切削力建模及实验研究,旨在优化一类模具钢的加工过程。其主要研究内容和结果如下:首先,以高速切削加工理论为基础,基于正交试验法设计了测量铣削力的实验方案,研究了高速铣削3Cr2W8V模具钢过程中铣削用量对铣削力的影响,发现随着铣削速度和前角增大,铣削力减小;随着轴向切削量增大,铣削力呈先减小后增大的变化趋势。通过极差分析发现轴向切削用量对铣削力的影响高度显著,铣削速度、径向切削量对铣削力的影响较小。因此,采用较小的轴向切削量和每齿进给量,较大的铣削速度和径向切削量可有效地提高3Cr2W8V模具钢的铣削加工特性。其次,利用多元线性回归分析法将正交试验数据拟合成铣削力预测模型。利用方差分析法对铣削力预测模型的回归方程及系数进行了显著性检验,结果显示:所建立的铣削力预测模型的回归方程均高度显著。在四个回归系数之中,轴向切削量对铣削力Fx...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外对相关技术的研究现状
1.2.1 HSM技术的发展现状
1.2.2 HSM技术的应用领域
1.2.3 HSM技术在模具制造中的应用现状
1.3 金属切削的基本要求
1.3.1 3 Cr2W8V模具钢介绍
1.3.2 机床电主轴结构及其动态特性
1.3.3 刀柄与主轴连接的可靠性
1.3.4 刀具材料
1.3.5 铣刀结构
1.3.6 刀具的几何参数
1.3.7 高速切削加工工艺
1.4 高速切削模具钢存在的问题
1.5 切削机理的几种研究方法
1.6 有限元分析(FEA)软件的选用
1.7 本章小结
1.8 本文的体系及研究内容
第2章 金属材料的高速切削变形理论
2.1 切削变形理论
2.1.1 切屑形成的机理
2.1.2 切屑的类型及形状
2.1.3 金属层的切削变形
2.2 铣削力
2.2.1 铣削力的来源、分解及铣削用量
2.2.2 铣削方式
2.2.3 铣削力的经验公式及影响因素
2.3 切削热、切削温度及其影响因素
2.3.1 切削热与切削温度产生的机理
2.3.2 切削温度及其影响因素
2.3.3 切削温度的分布
2.4 本章小结
第3章 铣削力的测量实验
3.1 实验原理与相关实验器材介绍
3.1.1 铣削材料
3.1.2 铣削刀具
3.1.3 高速铣削机床与测力设备
3.2 铣削力实验方案设计
3.2.1 正交试验设计的程序和正交试验的特点
3.2.2 因素水平表
3.2.3 正交表与正交表的性质
3.3 实验安排和结果分析
3.4 本章小结
第4章 高速铣削力模型预测与验证
4.1 R法分析
4.2 建立高速铣削力的预测模型
4.2.1 多元线性回归原理
4.2.2 铣削力模型预测
4.2.3 铣削力预测模型拟合
4.3 铣削力预测公式拟合效果检验
4.3.1 相关计算
4.3.2 方差分析
4.3.3 计算预报平方和
4.4 回归方程的显著性检验结果分析
4.5 实验中各参数对铣削力的影响
4.6 本章小结
第5章 高速切削热塑失稳现象的分析研究与仿真
5.1 热塑失稳(thermoplastic instability)研究
5.2 切削速度与材料计算温度之间的关系
5.3 高速切削过程的有限元模拟研究
5.3.1 建立有限元分析模型
5.3.2 切削模型参数
5.3.3 单元类型与网格划分
5.3.4 材料动态塑性本构模型的确定
5.3.5 材料的失效准则
5.3.6 切屑与刀具的接触摩擦模型
5.3.7 切屑锯齿化程度的表示方法
5.4 切屑形态的ABAQUS仿真分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Wear Behaviors of GH4169 Super Alloy and 3Cr2W8V Tool Steel Under Dry Rolling Condition[J]. Ge Bian,Ming Cheng,Yang Liu,Shi-Hong Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(09)
[2]复杂机械装配体的响应面优化设计方法[J]. 刘超,方宗德. 西安交通大学学报. 2018(09)
[3]卧式数控机床主轴系统热特性测试及研究[J]. 史安娜,曹富荣,刘斯妤,马晓波. 组合机床与自动化加工技术. 2018(06)
[4]3Cr2W8V模具钢的高温干摩擦磨损行为研究[J]. 文秀海. 热加工工艺. 2018(08)
[5]液压管件载荷标定试验及多元线性回归分析[J]. 宾仕博,熊耀志,高停,文智胜. 机械工程学报. 2018(06)
[6]数字化数控机床主轴测试系统的研发[J]. 陆建明,张磊. 机械制造. 2018(03)
[7]超硬织构化刀具高速切削钛合金试验研究[J]. 苏永生,李亮,王建彬,王刚. 表面技术. 2018(02)
[8]数控机床高速主轴温升与热变形实验研究[J]. 张丽秀,李金鹏,李超群,于文达. 机械设计与制造. 2018(01)
[9]数控车床主轴静动态特性研究[J]. 卢强,左锋,朱军. 金属加工(冷加工). 2018(01)
[10]基于集成BP神经网络的数控机床主轴热误差建模[J]. 谭峰,殷鸣,彭骥,卫亚斌,殷国富. 计算机集成制造系统. 2018(06)
博士论文
[1]激光选区熔化成形模具钢材料的组织与性能演变基础研究[D]. 赵晓.华中科技大学 2016
[2]高强度钢42CrMo硬态切削切屑形成机理的研究[D]. 庆振华.南京航空航天大学 2015
[3]304不锈钢切削加工表面特性的研究[D]. 周芳娟.华中科技大学 2014
[4]典型贝类壳体生物耦合特性及其仿生耐磨研究[D]. 田喜梅.吉林大学 2013
[5]基于不同刀—屑摩擦模型的金属切削过程动力学研究[D]. 郭建英.太原理工大学 2010
硕士论文
[1]高速铣削DIN1.2316模具钢的铣削参数优化[D]. 秦法正.燕山大学 2017
[2]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
[3]高速切削刀—屑接触界面摩擦建模研究[D]. 王肇喜.大连理工大学 2013
[4]3Cr2W8V热作模具钢高温磨损行为的研究[D]. 宋锐.江苏大学 2009
[5]高速金属铣削加工的有限元模拟[D]. 蒋志涛.昆明理工大学 2009
[6]高速铣削加工立铣刀刚性的研究[D]. 杨振宇.山东大学 2007
[7]基于滑移线理论的微切削刀—屑接触长度和切削力研究[D]. 朱利娜.燕山大学 2007
[8]NAK80材料高速铣削机理及应用研究[D]. 刘文芝.天津大学 2004
本文编号：3645867
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外对相关技术的研究现状
1.2.1 HSM技术的发展现状
1.2.2 HSM技术的应用领域
1.2.3 HSM技术在模具制造中的应用现状
1.3 金属切削的基本要求
1.3.1 3 Cr2W8V模具钢介绍
1.3.2 机床电主轴结构及其动态特性
1.3.3 刀柄与主轴连接的可靠性
1.3.4 刀具材料
1.3.5 铣刀结构
1.3.6 刀具的几何参数
1.3.7 高速切削加工工艺
1.4 高速切削模具钢存在的问题
1.5 切削机理的几种研究方法
1.6 有限元分析(FEA)软件的选用
1.7 本章小结
1.8 本文的体系及研究内容
第2章 金属材料的高速切削变形理论
2.1 切削变形理论
2.1.1 切屑形成的机理
2.1.2 切屑的类型及形状
2.1.3 金属层的切削变形
2.2 铣削力
2.2.1 铣削力的来源、分解及铣削用量
2.2.2 铣削方式
2.2.3 铣削力的经验公式及影响因素
2.3 切削热、切削温度及其影响因素
2.3.1 切削热与切削温度产生的机理
2.3.2 切削温度及其影响因素
2.3.3 切削温度的分布
2.4 本章小结
第3章 铣削力的测量实验
3.1 实验原理与相关实验器材介绍
3.1.1 铣削材料
3.1.2 铣削刀具
3.1.3 高速铣削机床与测力设备
3.2 铣削力实验方案设计
3.2.1 正交试验设计的程序和正交试验的特点
3.2.2 因素水平表
3.2.3 正交表与正交表的性质
3.3 实验安排和结果分析
3.4 本章小结
第4章 高速铣削力模型预测与验证
4.1 R法分析
4.2 建立高速铣削力的预测模型
4.2.1 多元线性回归原理
4.2.2 铣削力模型预测
4.2.3 铣削力预测模型拟合
4.3 铣削力预测公式拟合效果检验
4.3.1 相关计算
4.3.2 方差分析
4.3.3 计算预报平方和
4.4 回归方程的显著性检验结果分析
4.5 实验中各参数对铣削力的影响
4.6 本章小结
第5章 高速切削热塑失稳现象的分析研究与仿真
5.1 热塑失稳(thermoplastic instability)研究
5.2 切削速度与材料计算温度之间的关系
5.3 高速切削过程的有限元模拟研究
5.3.1 建立有限元分析模型
5.3.2 切削模型参数
5.3.3 单元类型与网格划分
5.3.4 材料动态塑性本构模型的确定
5.3.5 材料的失效准则
5.3.6 切屑与刀具的接触摩擦模型
5.3.7 切屑锯齿化程度的表示方法
5.4 切屑形态的ABAQUS仿真分析
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Wear Behaviors of GH4169 Super Alloy and 3Cr2W8V Tool Steel Under Dry Rolling Condition[J]. Ge Bian,Ming Cheng,Yang Liu,Shi-Hong Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(09)
[2]复杂机械装配体的响应面优化设计方法[J]. 刘超,方宗德. 西安交通大学学报. 2018(09)
[3]卧式数控机床主轴系统热特性测试及研究[J]. 史安娜,曹富荣,刘斯妤,马晓波. 组合机床与自动化加工技术. 2018(06)
[4]3Cr2W8V模具钢的高温干摩擦磨损行为研究[J]. 文秀海. 热加工工艺. 2018(08)
[5]液压管件载荷标定试验及多元线性回归分析[J]. 宾仕博,熊耀志,高停,文智胜. 机械工程学报. 2018(06)
[6]数字化数控机床主轴测试系统的研发[J]. 陆建明,张磊. 机械制造. 2018(03)
[7]超硬织构化刀具高速切削钛合金试验研究[J]. 苏永生,李亮,王建彬,王刚. 表面技术. 2018(02)
[8]数控机床高速主轴温升与热变形实验研究[J]. 张丽秀,李金鹏,李超群,于文达. 机械设计与制造. 2018(01)
[9]数控车床主轴静动态特性研究[J]. 卢强,左锋,朱军. 金属加工(冷加工). 2018(01)
[10]基于集成BP神经网络的数控机床主轴热误差建模[J]. 谭峰,殷鸣,彭骥,卫亚斌,殷国富. 计算机集成制造系统. 2018(06)
博士论文
[1]激光选区熔化成形模具钢材料的组织与性能演变基础研究[D]. 赵晓.华中科技大学 2016
[2]高强度钢42CrMo硬态切削切屑形成机理的研究[D]. 庆振华.南京航空航天大学 2015
[3]304不锈钢切削加工表面特性的研究[D]. 周芳娟.华中科技大学 2014
[4]典型贝类壳体生物耦合特性及其仿生耐磨研究[D]. 田喜梅.吉林大学 2013
[5]基于不同刀—屑摩擦模型的金属切削过程动力学研究[D]. 郭建英.太原理工大学 2010
硕士论文
[1]高速铣削DIN1.2316模具钢的铣削参数优化[D]. 秦法正.燕山大学 2017
[2]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
[3]高速切削刀—屑接触界面摩擦建模研究[D]. 王肇喜.大连理工大学 2013
[4]3Cr2W8V热作模具钢高温磨损行为的研究[D]. 宋锐.江苏大学 2009
[5]高速金属铣削加工的有限元模拟[D]. 蒋志涛.昆明理工大学 2009
[6]高速铣削加工立铣刀刚性的研究[D]. 杨振宇.山东大学 2007
[7]基于滑移线理论的微切削刀—屑接触长度和切削力研究[D]. 朱利娜.燕山大学 2007
[8]NAK80材料高速铣削机理及应用研究[D]. 刘文芝.天津大学 2004
本文编号：3645867
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