插铣过程切削力理论建模及其有限元分析

发布时间：2017-09-14 06:27

  本文关键词：插铣过程切削力理论建模及其有限元分析

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【摘要】：插铣加工过程可以实现粗加工以及半精加工,是能够实现最有效的金属高切削率的方法之一。在航天、精密机械、造船工业和模具制造业等行业中插铣加工法迅速发展并得到了非常广泛的应用。本文以水轮机的水斗不锈钢材料Cr13为实验材料研究了插铣加工过程。首先,阐述了插铣加工特点以及工作方式,概括分析了插铣加工法在国内外的研究现状及研究过程中所存在的缺点与不足。根据插铣加工法的机理,主要进行铣削力的研究,把插铣刀具的切削刃和转动角度分解成各个微元即微小单元,获得了插铣加工过程中的瞬时铣削力模型及平均铣削力模型。应用MATLAB编程仿真软件计算出了铣削力模型的最大值,为后续的实验验证做好了理论基础。其次,简单介绍了DEFORM仿真软件的结构、材料库、流程等模块,针对水斗不锈钢材料Cr13工件材料进行了插铣刀具的刀体和刀片材料的选择。插铣刀具几何参数设定及三维模型的绘制,应用模型简化原则在DEFORM-3D软件中建立仿真模型进行模拟加工,通过后处理分析获得铣削力、铣削温度和刀具应力等因素及通过ANSYS的静力分析获得了插铣刀的变形量及模态。最后,阐述了实验条件及实验方案,确定了实验加工设备及实验采用分析方式。通过考虑插铣振动对插铣加工过程铣削厚度的影响,对平均理论铣削力模型进行了改进。应用插铣加工实验获得了三组实验数据并进行了实验验证插铣加工平均铣削力理论模型、DEFORM-3D铣削仿真获得的仿真铣削力,改进的铣削力理论模型,实现了对插铣加工过程铣削力的预测。
【关键词】：插铣加工 铣削力 有限元分析 铣削振动
【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10-18
• 1.1 课题背景10-11
• 1.1.1 课题的研究目的和意义10-11
• 1.2 课题的国内外研究现状11-16
• 1.2.1 插铣加工法国内外的研究现状11-13
• 1.2.2 铣削力建模的研究现状13-16
• 1.2.3 目前国内外研究存在的问题16
• 1.3 课题研究的主要内容16-18
• 第2章 插铣加工过程铣削力模型18-29
• 2.1 插铣加工的方式及特点18-20
• 2.1.1 插铣加工的方式18-19
• 2.1.2 插铣加工的特点19-20
• 2.2 插铣加工过程铣削力时域模型20-23
• 2.2.1 插铣加工过程瞬时铣削力模型21-22
• 2.2.2 插铣加工过程的铣削力模型22-23
• 2.3 插铣加工过程铣削力系数的分析和确定23-25
• 2.4 插铣加工过程铣削力的计算机仿真25-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 插铣加工过程中的有限元模拟29-44
• 3.1 DEFORM仿真软件简介29-30
• 3.1.1 DEFORM-3D软件结构29-30
• 3.1.2 DEFORM-3D的材料库30
• 3.1.3 DEFORM-3D前处理流程30
• 3.2 插铣刀具的几何建模30-32
• 3.2.1 插铣刀结构和插铣刀材料的选择30-31
• 3.2.2 材料选择与几何参数设定31-32
• 3.2.3 插铣刀具的三维几何建模32
• 3.3 插铣加工仿真模型简化分析32-34
• 3.4 插铣加工过程仿真模型的建立34-36
• 3.5 插铣加工过程仿真的结果分析36-40
• 3.5.1 插铣加工过程铣削力分析36-37
• 3.5.2 插铣加工过程刀具表面温度分析37-39
• 3.5.3 插铣加工过程刀具应力分析39-40
• 3.6 插铣刀的静力分析40-42
• 3.6.1 静力分析几何模型的导入40
• 3.6.2 基于ANSYS插铣刀的静力分析40-42
• 3.7 插铣刀的模态分析42-43
• 3.8 本章小结43-44
• 第4章 动态铣削力实验验证及铣削力模型的改进44-53
• 4.1 插铣刀的刀体选择44
• 4.2 实验条件与方案44-47
• 4.2.1 实验条件44-45
• 4.2.2 实验方案45-46
• 4.2.3 铣削力理论模型验证46-47
• 4.3 插铣加工仿真铣削力验证47
• 4.4 铣削力理论模型的改进47-49
• 4.4.1 插铣加工过程动态铣削厚度的分析47-49
• 4.4.2 铣削力模型的改进49
• 4.5 改进的铣削力模型验证49-52
• 4.6 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-58
• 致谢58

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本文编号：848412