高速铣削模具钢温度场与表面完整性研究

发布时间：2017-07-14 08:07

  本文关键词：高速铣削模具钢温度场与表面完整性研究

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【摘要】：模具作为工业生产中的主要工艺装备,广泛应用于机械、电子、汽车等大支柱产业中。模具钢是用来生产制造模具的主要钢材,高速加工模具钢不再单纯追求高去除率,更关注高速条件下高表面加工质量、高加工精度的研究。因此,深入研究高速铣削模具钢时温度场和表面完整性的分布情况,提高其铣削加工质量具有重要意义。本文针对高速铣削温度场和表面完整性的分布情况进行了研究。从系统热传导通用方程出发,充分考虑实际高速铣削过程中铣削热的传导方式、刀具与空气介质的热对流作用以及热流强度边界条件,建立了高速铣削瞬态温度场的热传导模型,基于加权余量法,将温度场模型的微分形式转化为相应的积分泛函方程形式,提出一种具有一定精度近似解的计算方法,得到以等时间间隔下的铣削系统内空间微元的瞬态温度响应量。针对实际高速铣削模具钢的特点,提出了更加符合实际加工需求的切屑分离准则。通过建立的三维有限元模型,对相同铣削参数下不同铣削轨迹进行仿真,分析铣削力变化规律,得到了以表面粗糙度为目标的曲面铣削行距的算法。基于优选后的铣削轨迹,结合铣削仿真与铣削实验,对表面粗糙度、表面残余应力和表面加工硬化进行研究,定量的分析了工艺参数对表面完整性的作用规律,并揭示其形成的物理本质。最后,利用Matlab-GUI作为软件开发平台,以建立的高速铣削温度场模型和表面完整性分布规律为基础,开发了高速铣削模具钢仿真系统。本文通过理论研究与实验相结合的方法,对高速铣削表面完整性和温度场进行了深入的研究,减少了高速铣削加工的试切费用,提高工件表面质量。使得高速铣削高精度的优点得到了充分发挥,获得了更加广泛的应用。
【关键词】：高速铣削 温度场 表面完整性 铣削仿真
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 高速铣削温度场研究现状11-12
• 1.2.2 表面完整性控制的研究现状12-13
• 1.2.3 目前研究中存在的问题与不足13
• 1.3 课题来源和研究内容13-15
• 第2章 高速铣削温度场建模15-24
• 2.1 高速铣削温度场的热传导模型建立15-19
• 2.1.1 系统温度场通用方程15-16
• 2.1.2 基于能量守恒原理的温度场微分方程的建立16-19
• 2.2 基于加权余量法的铣削温度场积分泛函求解19-20
• 2.3 高速铣削温度场模型的实验验证20-22
• 2.3.1 温度场测量实验方案20-22
• 2.3.2 温度场解析与实验数据对比22
• 2.4 本章小结22-24
• 第3章 高速铣削仿真分析24-37
• 3.1 高速铣削仿真的关键问题24-26
• 3.1.1 本构模型24
• 3.1.2 刀具的磨损模型24-25
• 3.1.3 切屑分离准则25-26
• 3.2 基于Advant Edge FEM高速铣削有限元仿真过程26-27
• 3.3 基于Advant Edge FEM的高速铣削轨迹优选27-33
• 3.3.1 三维仿真模型建立27-28
• 3.3.2 刀具运动轨迹设置28-30
• 3.3.3 铣削曲面时行距的确定算法30-31
• 3.3.4 高速铣削轨迹优选31-33
• 3.4 优选铣削轨迹的实验验证33-36
• 3.4.1 实验条件33-34
• 3.4.2 实验方案34
• 3.4.3 实验结果对比及分析34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 高速铣削模具钢表面完整性研究37-54
• 4.1 高速铣削模具钢的表面粗糙度研究37-41
• 4.1.1 铣削加工的实验系统37
• 4.1.2 铣削加工实验方案37-39
• 4.1.3 表面粗糙度影响分析39-41
• 4.2 高速铣削模具钢的表面残余应力研究41-46
• 4.2.1 表面残余应力的试验设计41-43
• 4.2.2 工艺参数对表面残余应力分布的影响43-46
• 4.3 高速铣削模具钢的表面加工硬化研究46-50
• 4.3.1 表面加工硬化的形成机理46-47
• 4.3.2 工艺参数对表面加工硬化程度的影响47-50
• 4.4 表面层SEM扫描测试50-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第5章 高速铣削温度及表面完整性仿真系统研究54-59
• 5.1 系统开发54
• 5.2 系统运行54-58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文63-64
• 致谢64

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本文编号：540267