镍基高温合金微铣削过程稳定性分析

发布时间：2017-08-12 17:04

  本文关键词：镍基高温合金微铣削过程稳定性分析

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【摘要】：当前航空航天、能源动力、生物医学等领域对高温环境下具有高强度的微小结构／零件的需求日益增加。镍基高温合金具有良好的高温综合性能,可很好的满足耐高温微小结构／零件材料的要求。微铣削技术是加工微小零件和高精密零件的一种新兴加工技术,可应用于制造镍基高温合金微小零部件。镍基高温合金是一种典型的难加工材料,其微铣削过程中易发生颤振现象。颤振表现为加工过程中刀具与工件间的强烈振动,将严重影响零件加工精度和加工效率。目前国内外还少有针对镍基高温合金微铣削过程的稳定性研究,因此,有必要开展镍基高温合金微铣削过程稳定性分析。本文考虑微铣削过程多重再生效应、最小切削厚度和已加工表面材料弹性回复等的影响,建立了镍基高温合金微铣削过程仿真模型并分析其稳定性,绘制了稳定性叶瓣图,从而可以选择适当的切削参数以避免颤振。研究成果可为生产实际中镍基高温合金微铣削加工切削参数的优选提供理论和技术指导,对应用推广镍基高温合金微铣削加工技术,提高耐高温微小结构／零件的制造水平具有重要的理论参考价值。研究思路及方法还可为难加工材料的微铣削加工技术研究提供参考。主要研究内容如下：首先,考虑多重再生效应、最小切削厚度和已加工表面材料弹性回复等的影响,建立了微铣削过程瞬时切削厚度模型；为便于使用时域仿真法进行微铣削过程的稳定性分析,修正了课题组前期研究建立的镍基高温合金微铣削力模型。其次,运用动柔度耦合法,结合梁理论解析方法和频响函数实验方法,计算微铣削系统的刀尖频响函数；模态识别刀尖频响函数中的模态参数,并将其转化为等效物理参数,为时域分析微铣削过程稳定性奠定基础。再次,综合所建立的镍基高温合金微铣削力模型,瞬时切削厚度模型及动力学方程,使用Matlab编程,建立镍基高温合金微铣削过程仿真模型；以柔刚性切削系统的最大瞬时切削厚度之比作为理论颤振判据,时域内分析镍基高温合金微铣削稳定性,并绘制稳定性叶瓣图。最后,选择稳定性叶瓣图上的若干切削参数组合点,进行镍基高温合金微铣削实验,通过采用SEM扫描电镜观察已加工表面形貌和加工过程微铣削力信号功率谱分析相结合的方法,判断实际微铣削过程的状态,与理论稳定性分析结果对比,验证镍基高温合金微铣削过程稳定性分析的可靠性。
【关键词】：微铣削 镍基高温合金 稳定性分析 瞬时切削厚度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题背景、研究意义及国内外研究现状9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 铣削过程动力学建模10-11
• 1.2.2 铣削过程稳定性分析11-13
• 1.2.3 微铣削稳定性分析13-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 2 微铣削过程动力学建模17-33
• 2.1 微铣削过程特征分析17-20
• 2.1.1 切削刃刃口圆弧半径的影响17-18
• 2.1.2 最小切削厚度的影响18-19
• 2.1.3 已加工表面弹性回复的影响19-20
• 2.2 镍基高温合金微铣削力模型20-25
• 2.2.1 以剪切效应为主导的微铣削力模型20-22
• 2.2.2 以耕犁效应为主导的微铣削过程铣削力模型22-25
• 2.3 微铣削动力学方程25-27
• 2.4 微铣削过程瞬时切削厚度模型研究27-32
• 2.4.1 常规铣削过程瞬时切削厚度模型27-28
• 2.4.2 微铣削瞬时切削厚度模型28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 微铣削系统动态特性分析33-57
• 3.1 动柔度耦合法基本理论33-35
• 3.2 微铣削系统刀尖频响函数获取35-39
• 3.3 利用梁理论计算刀具子结构A部分的频响函数39-43
• 3.4 刀尖频响函数实验43-52
• 3.5 微铣削系统的刀尖频响函数计算52-54
• 3.6 刀具的等效结构物理系统参数转化54-56
• 3.7 本章小结56-57
• 4 镍基高温合金微铣削过程稳定性分析及实验验证57-72
• 4.1 微铣削过程动力学模型57-58
• 4.2 利用数值积分法求解微铣削系统动力学模型58-60
• 4.3 微铣削过程仿真设置60-62
• 4.4 微铣削过程稳定性叶瓣图的确定62-67
• 4.5 镍基高温合金微铣削加工过程稳定性叶瓣图预测、实验结果对比分析67-71
• 4.6 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-78
• 附录 A78-98
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况98-99
• 致谢99-100

【参考文献】

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1 张福霞;微细铣削力的建模与分析[D];哈尔滨工业大学;2007年

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本文编号：662653