考虑加工粘附行为的铝合金6061-T6铣削仿真与实验研究

发布时间：2017-09-09 18:46

  本文关键词：考虑加工粘附行为的铝合金6061-T6铣削仿真与实验研究

  更多相关文章： 6061-T6铝合金 有限元分析 粘附行为 积屑瘤 本构方程

【摘要】：随着高速铁路与航空技术的迅速发展,6061铝合金以其具有重量轻、耐腐蚀、外观平整度好,并且容易制造焊接为复杂曲面等优点而被广泛应用于动车、高铁车厢制造。然而,由于铝合金自身粘软的特性使其在切削加工过程中极易出现流变效应而发生粘附现象。铝合金的粘附行为也直接导致在切削加工铝合金材料时刀具表面积聚积屑瘤现象相对于其他金属材料更加明显。另一方面,随着计算机技术迅速发展,有限元技术在金属切削领域得到广泛应用,有限元仿真技术是通过建立刀具与被加工工件的几何物理模型的方法来模拟切削加工过程。本文根据铣削过程中刀尖次摆线运动轨迹预测未变形切屑形状,基于有限元分析软件Abaqus和AdvantEdge FEM建立考虑粘附行为的6061-T6铝合金铣削有限元模型,并进行验证性铣削实验,对比验证铣削力、铣削温度和切屑形态三个方面的实验数据与模型预测结果。验证性铣削实验过程中的温度测量采用改进后的半人工热电偶方法,将厚度较薄的康铜带代替康铜丝,弥补传统半人工热电偶法测量铣削过程中某一点瞬时温度的不足,增加了温度测量的广度,有效提高测量响应精度和测量精度。铣削实验结束后,通过对前刀面上积屑瘤的高度测量统计,反应不同刀具和铣削参数对铣削过程的影响程度。从实验中获得的三向铣削力和温度数据,通过极差分析法分析了刀具与铣削参数对铣削力、铣削温度的影响。对于X向铣削力,轴向切深的影响程度最高,主轴转速的影响程度最低,其次是每齿进给量和径向切深。对于Y向铣削力,主轴转速影响程度最高,径向切深最低。铣削温度的影响程度大小为:主轴转速每齿进给量轴向切深径向切深。获得最优的实验方案:主轴转速为7000r/min,每齿进给量为0.2mm,径向切深与轴向切深均为1mm。对比模型预测与实验结果表明:考虑粘附现象的6061-T6铝合金铣削有限元模型预测铣削力误差不超过10.3%,铣削温度误差不超过+12%,结合切屑形态对比,结果均优于未考虑粘附行为的模型预测结果。通过以上实验和数据,验证了考虑粘附现象有限元模型的准确性。通过建立更符合实际工况的铝合金铣削有限元模型,将有助于降低加工过程中刀具的磨损,大幅延长刀具的使用寿命以及探究工件加工过程中最佳工艺参数,为企业节省大量的材料、人工和时间成本,对生产实践具有重要的指导意义。
【关键词】：6061-T6铝合金 有限元分析 粘附行为 积屑瘤 本构方程
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题背景13-15
• 1.1.1 课题来源13
• 1.1.2 课题研究背景13-14
• 1.1.3 课题研究的目的及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 切削有限元仿真技术研究现状15-16
• 1.2.2 切削过程中铝合金粘附现象的研究现状16-17
• 1.2.3 铣削过程中铣削力与铣削温度研究现状17-19
• 1.3 本文研究的主要内容19-21
• 第2章 铝合金6061-T6铣削过程有限元建模21-37
• 2.1 金属切削仿真关键技术21-25
• 2.1.1 本构模型21-22
• 2.1.2 切屑分离准则22-24
• 2.1.3 热传递模型24-25
• 2.1.4 刀屑摩擦模型25
• 2.2 铝合金铣削过程二维有限元建模25-32
• 2.2.1 金属切削有限元仿真软件abaqus简介25-26
• 2.2.2 刀尖的运动轨迹26-27
• 2.2.3 有限元网格的划分27-29
• 2.2.4 材料属性和分析步的定义29-30
• 2.2.5 接触性质与边界条件30-31
• 2.2.6 铣屑形成过程仿真31-32
• 2.3 铝合金铣削过程三维有限元建模32-36
• 2.3.1 金属切削有限元仿真软件AdvantEdge FEM简介32-33
• 2.3.2 有限元网格划分33-34
• 2.3.3 铣削参数的设定34-35
• 2.3.4 切屑形成过程的仿真35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 考虑粘附行为的铣削有限元建模与分析37-45
• 3.1 铝合金的粘附行为与分析37-40
• 3.1.1 积屑瘤的形成过程37
• 3.1.2 积屑瘤的作用37-38
• 3.1.3 铝合金的粘附行为38-39
• 3.1.4 铝合金粘附行为机理研究39-40
• 3.2 考虑粘附行为的铝合金铣削过程有限元建模40-44
• 3.2.1 考虑粘附行为的参数选定40
• 3.2.2 考虑粘附行为的有限元建模过程40-41
• 3.2.3 有限元模拟结果分析41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 铝合金6061-T6铣削实验45-59
• 4.1 铝合金6061-T6铣削实验45-51
• 4.1.1 实验装置45-47
• 4.1.2 实验材料47-49
• 4.1.3 实验参数设置49-51
• 4.2 实验测试方案51-57
• 4.2.1 铣削力的测量51-52
• 4.2.2 铣削温度的测量52-53
• 4.2.3 切屑与积屑瘤形态观测53-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第5章 铝合金6061-T6铣削结果分析与有限元模型验证59-71
• 5.1 铣削力结果分析与模型验证59-65
• 5.1.1 铣削力结果分析59-61
• 5.1.2 铣削力有限元模型验证61-63
• 5.1.3 铣削力影响因素分析63-65
• 5.2 铣削温度结果分析与模型验证65-68
• 5.2.1 铣削温度结果分析65-67
• 5.2.2 铣削温度的影响因素67-68
• 5.3 切屑形态模型验证68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 主要结论71
• 6.2 研究展望71-73
• 参考文献73-79
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文及成果79-81
• 致谢81

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本文编号：822145