7075-T6铝合金微铣削力及加工工艺的研究

发布时间：2017-08-23 03:08

  本文关键词：7075-T6铝合金微铣削力及加工工艺的研究

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【摘要】：在智能化产品广泛应用的今天，各行各业对微型精密零件的需求也越来越多样化，微细铣削以其特有的优势成为国内外研究的热点。微细铣削技术相对于其他的微细加工技术而言，拥有如下的优势：可在金属和非金属材料上加工复杂的三维形状，且对加工环境要求低。由于微型产品的去毛刺工艺尚不成熟，对于微细铣削加工而言，一次加工达到要求的精度至关重要，这就需要针对不同的加工材料有不同的最优化的微铣削工艺参数。为此，本文通过研究分析微铣削加工机理，建立微铣削力的理论模型和ABAQUS有限元仿真模型，并以HASS VF-2机床为基础，组建微铣削实验系统，进行不同切削参数的微铣削实验。最后将微铣削实验结果与理论模型和仿真模型进行比较，验证模型的可行性。通过对7075-T6航空铝合金进行微铣削实验，研究工艺参数对微铣削力和微槽槽顶毛刺尺寸的影响规律，为微铣削工艺参数的优化提供了基础。本文的主要研究内容如下： （1）考虑尺寸效应的微铣削有限元模拟仿真 采用有限元软件ABAQUS/EXPLICT进行7075-T6航空铝合金的微铣削模拟仿真，将应变梯度塑性理论引入到7075-T6航空铝合金的Johnson-Cook（J-C）本构方程中，来表示材料在微细铣削过程中的变形特性，计算出微铣削过程中的应变率，利用修正后的J-C本构模型模拟出微细铣削存在尺寸效应这一特性。通过MATLAB绘制出修正的J-C本构模型的应力-应变-温度的关系曲线，并将这些数据导入到ABAQUS软件中，进行考虑尺寸效应现象的微铣削过程的有限元模拟仿真。利用二维有限元模拟仿真了微细铣削过程中的应力和力与刀具切削刃半径的关系，结果表明应力和力随切削刃半径的增大而增大。通过三维有限元模拟仿真研究了微铣削力与主轴转速、每齿进给量以及轴向切削深度的关系，研究表明微铣削力随主轴转速的增大而减小，随每齿进给量的增大而先减小后增大，随轴向切削深度的增大而增大。 （2）考虑尺寸效应和刀具偏摆的微铣削力理论模型 本文考虑微铣削加工过程中刀具偏摆的影响，建立了一种新的瞬态切削厚度理论计算模型，该模型能够体现出瞬态切削厚度随刀具旋转角度的变化而变化的特点。将几种瞬态切削厚度模型进行对比研究，结果表明考虑刀具偏摆的瞬态切削厚度模型更加接近真实情况。在计算微铣削力时，应用了考虑刀具偏摆的瞬态切削厚度，并同时考虑了犁切力、流动应力和弹性恢复的影响，建立了满足微铣削特点的微铣削力理论模型。最后，用直径为0.1mm的日进刀具进行微铣削实验，将相同条件下得到微铣削力的实验值与理论值进行比较，，进一步验证考虑尺寸效应和刀具偏摆影响的微铣削力理论模型的可行性。 （3）微铣削工艺参数的研究 采用0.1mm日进铣刀进行正交实验，研究了微铣削工艺参数对微铣削力、扭矩和槽顶毛刺的影响情况，实验结果表明通过对工艺参数的优化能够达到减小微铣削力和槽顶毛刺的目的。
【关键词】：J-C本构 刀具偏摆 尺寸效应 微铣削力 仿真与实验
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 主要符号说明及单位12-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 课题研究背景及意义15-17
• 1.1.1 课题研究背景15-17
• 1.1.2 课题研究意义17
• 1.2 微细铣削的研究现状17-21
• 1.2.1 微细铣削的研究进展17-18
• 1.2.2 微铣削加工机理的研究现状18-21
• 1.3 论文的主要工作21-23
• 第二章 7075-T6 航空铝微铣削力有限元仿真与分析23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 工件材料的本构方程23-29
• 2.2.1 微切削的 Johnson-Cook（J-C）材料本构模型23-25
• 2.2.2 Johnson-Cook 模型的修正25-26
• 2.2.3 考虑最小切削厚度的材料本构模型26-27
• 2.2.4 基于修正 J-C 本构方程的 7075-T6 航空铝合金的应力应变关系27-29
• 2.3 微铣削模拟仿真29-32
• 2.3.1 刀具的几何模型29-31
• 2.3.2 刀具与工件材料的参数31
• 2.3.3 网格划分及材料失效准则31-32
• 2.3.4 摩擦模型32
• 2.4 尺寸效应的研究32-36
• 2.4.1 尺寸效应现象32-35
• 2.4.2 切削刃半径对微铣削力的影响35-36
• 2.4.3 切屑形成的研究36
• 2.5 三维模拟仿真36-38
• 2.6 仿真结果与分析38-41
• 2.6.1 微铣削力与轴向切削深度的关系38-40
• 2.6.2 微铣削力与每齿进给量的关系40-41
• 2.7 本章小结41-43
• 第三章 考虑刀具偏摆的微铣削力理论模型43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 考虑刀摆的瞬态切削厚度44-47
• 3.2.1 微铣削刀尖运动轨迹44-45
• 3.2.2 瞬态切削厚度理论模型45-47
• 3.3 考虑刀具偏摆的瞬态切削厚度模型的分析47-50
• 3.3.1 三种不同瞬态切削厚度模型47-48
• 3.3.2 瞬态切削厚度的影响因素48-49
• 3.3.3 瞬态切削厚度对微铣削力的影响49-50
• 3.4 微铣削力的理论模型50-54
• 3.4.1 微单元切削力模型50-51
• 3.4.2 微单元的正压力（N）和摩擦力（F）51
• 3.4.3 剪切面上的流动应力51
• 3.4.4 犁切力51-52
• 3.4.5 弹性恢复52
• 3.4.6 微单元的切向和径向分力52-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 7075-T6 航空铝微铣削力的实验研究55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 实验系统55-61
• 4.2.1 实验条件55-58
• 4.2.2 实验步骤58-59
• 4.2.3 微铣削力数据采集与处理59-61
• 4.3 实验验证61-65
• 4.3.1 刀具偏摆对微铣削力的影响61-63
• 4.3.2 理论和仿真模型的验证63-65
• 4.4 微铣削单因素实验65-70
• 4.4.1 轴向切削深度对微铣削力的影响66-67
• 4.4.2 进给量对微铣削力的影响67-69
• 4.4.3 主轴转速对微铣削力的影响69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 7075-T6 航空铝微槽铣削工艺参数优化71-81
• 5.1 引言71
• 5.2 微铣削正交实验71-74
• 5.2.1 实验因素与指标71
• 5.2.2 正交实验表的设计71
• 5.2.3 实验设计71-73
• 5.2.4 槽顶毛刺的测量73-74
• 5.3 实验结果分析74-80
• 5.3.1 切削参数对微铣削力的影响76-77
• 5.3.2 切削参数对槽顶毛刺和综合指标的影响77-79
• 5.3.3 工艺参数的优化79
• 5.3.4 切削液对槽顶毛刺的影响79-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 论文主要工作总结81
• 6.2 主要创新点81
• 6.3 工作展望81-83
• 参考文献83-89
• 附录89-91
• 致谢91-93
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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3 吴继华;基于应变梯度塑性理论的正交微切削变形研究[D];山东大学;2009年

本文编号：722610