钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究

发布时间：2017-10-09 08:19

  本文关键词：钻削过程切屑受力建模及有限元仿真研究

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【摘要】：切屑形态是决定钻削加工质量的重要因素,为获得良好的孔加工表面,关键之一是选择合适的加工工艺参数控制切屑的形成。本文以钻削切屑为研究对象,建立钻削切屑在排出过程中受力的力学模型,并通过DEFORM有限元软件对切屑的形成及钻削过程进行模拟仿真,对影响钻削加工过程的因素进行了分析,同时结合钻削实验分析了加工参数与切屑形态对孔加工质量的影响。本文主要的研究内容如下:(1)钻削过程切屑受力数学模型的建立。基于斜角切削理论建立切削刃对切屑作用力的数学模型;结合钻头轴向力的产生原因建立了排屑槽对切屑作用力的数学模型;利用螺旋曲线的计算方法估算出切屑的长度,结合切屑做旋转运动的离心力作为产生滑动摩擦力的正压力的来源,建立孔壁对切屑摩擦力的数学模型;通过Matlab分析了加工参数对切屑受力的影响规律。(2)钻削过程的有限元仿真分析。建立二刃与三刃钻头的有限元模型,利用DEFORM有限元软件分别对两种钻头钻削过程切屑的形成进行模拟演示,对比分析钻削过程轴向力、温度场分布、工件的受力及切屑的形态的仿真结果,并通过切屑仿真形态预测两种钻头钻削加工的切屑形状,预测与钻削实验结果相吻合。(3)钻削实验结果分析。通过钻削45#钢实验分别测定在不同切削参数与钻头刃数的加工条件下的表面粗糙度,并基于多元线性回归方法建立表面粗糙度的预测模型,分析不同参数对表面粗糙度的影响规律;通过维视图像采集器对钻削实验产生的切屑进行拍摄,分析切屑形态对孔加工表面粗糙度的影响。采用上述研究方法,本文完成了对钻削加工切屑受力的力学建模,并分析了影响切屑受力的主要因素;仿真结果真实地预测了钻削切屑的形状;对实验结果进行分析,得出了切屑形态对孔加工表面粗糙度的影响,并得到了主轴速度、进给量与钻头刃数对表面粗糙度的影响规律。本研究内容在揭示钻削过程的本质,改善钻头结构,制定合理的切削加工工艺,提高孔加工表面质量,降低钻头的磨损或破损及提高钻头寿命等方面具有重要意义。
【关键词】：钻削 切屑 力学建模 三刃钻头 有限元
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG52
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 钻削加工有限元仿真及切屑形成、卷曲与折断研究现状10-16
• 1.2.1 钻削过程有限元仿真的研究现状10-13
• 1.2.2 切屑形成、卷曲与折断的研究现状13-16
• 1.3 论文主要研究内容及课题来源16-17
• 第2章 钻削基本原理及有限元理论17-29
• 2.1 钻削加工基本理论17-19
• 2.1.1 麻花钻的结构分析17-18
• 2.1.2 钻削机理18-19
• 2.2 金属切削有限元仿真理论19-26
• 2.2.1 有限元方法19
• 2.2.2 弹性力学基础理论19-22
• 2.2.3 金属切削变形理论22-23
• 2.2.4 材料断裂模型及切屑分离准则23-25
• 2.2.5 DEFORM仿真分析流程25-26
• 2.3 二刃、三刃钻头Pro/E建模26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 钻削加工切屑受力分析及数学建模29-45
• 3.1 金属切削切屑的形成与断裂理论及钻屑类型29-33
• 3.1.1 切屑的形成过程29-30
• 3.1.2 切屑的卷曲与折断30-32
• 3.1.3 钻屑的产生与分类32-33
• 3.2 钻削过程切屑的受力分析33-44
• 3.2.1 钻削过程切屑的受力分析33-34
• 3.2.2 切削刃对钻屑的作用力分析34-37
• 3.2.3 排屑槽对钻屑作用力分析37-38
• 3.2.4 孔壁对钻屑的作用力分析38-43
• 3.2.5 钻屑受力建模的指导意义43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第4章 基于DEFORM二、三刃钻头钻削有限元仿真45-55
• 4.1 钻削仿真材料定义45-48
• 4.1.1 刀具基体及涂层材料45-46
• 4.1.2 工件材料46-48
• 4.2 钻削加工仿真过程48-50
• 4.2.1 钻削加工仿真参数设置48
• 4.2.2 网格划分48-50
• 4.2.3 边界条件及其它参数设置50
• 4.3 二、三刃钻头仿真结果对比分析50-54
• 4.3.1 钻削切屑形态对比分析50-52
• 4.3.2 钻削轴向力对比分析52-53
• 4.3.3 钻削刀具温度对比分析53
• 4.3.4 钻削加工工件受力对比分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 钻削45#钢实验及孔表面质量测定与分析55-67
• 5.1 钻削实验方案设计及实施55-57
• 5.1.1 实验方案设计55-56
• 5.1.2 实验平台搭建56-57
• 5.1.3 孔加工表面粗糙度的测定方法57
• 5.2 基于多元线性回归方法表面粗糙度预测模型57-63
• 5.2.1 多元线性回归模型定义57
• 5.2.2 多元回归模型的建立57-60
• 5.2.3 多元线性回归模型的参数最小二乘估计60-61
• 5.2.4 多元线性回归模型的假设检验61-63
• 5.3 切削参数对孔加工表面粗糙度的影响63-64
• 5.3.1 主轴速度63
• 5.3.2 进给量63-64
• 5.4 切屑形状对孔加工表面粗糙度的影响64-66
• 5.4.1 二刃钻头钻削切屑分析64-65
• 5.4.2 三刃钻头钻削切屑分析65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 工作总结67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 在校期间发表的学术论文与研究成果74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 徐兰英;叶邦彦;伍强;王伟文;赖兴余;彭锐涛;;奥氏体不锈钢小孔钻削仿真及试验研究[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年10期

2 马利杰;;轴向振动钻削的排屑性能分析[J];河南科技学院学报;2009年04期

3 葛研军,施志辉,沙智华,卢碧红;车削加工屑型建模与仿真技术研究[J];计算机辅助设计与图形学学报;2002年10期

4 张慧萍;李振加;刘二亮;魏国梁;;高速切削切屑折断界限变化规律[J];机械工程学报;2008年05期

5 朱红霞;沈兴全;张利新;;准干式深孔钻削中温度场与刀具磨损的仿真研究[J];机械设计与制造;2014年02期

6 肖思来;周志雄;孙振梅;左小陈;汤爱民;周秦源;;麻花钻刃口强化设计的数值模拟及试验研究[J];中国机械工程;2011年14期

7 杨顺田;杨天雄;彭美武;;深孔钻断排屑机理与变切深加工数控宏程序研究[J];组合机床与自动化加工技术;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴健;典型难加工材料钻削相关技术的基础研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 田雪竹;切屑折断过程及其仿真的研究[D];哈尔滨理工大学;2006年

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本文编号：999119