6061铝合金高速铣削有限元仿真与实验研究

发布时间：2021-08-11 06:48

　　由于6061铝合金具有很高的强度、良好的可塑性以及耐蚀性,目前被广泛的用在高速列车、飞机等制造业。铣削是铝合金加工中比较常用的方法,而高速铣削由于其具有较高的加工精度和加工效率而被广泛使用。本文通过有限元模拟的方法对606l铝合金的高速铣削过程进行研究,然后对仿真结果进行总结和分析,为后续铝合金加工提供理论分析和技术指导。高速铣削铝合金是一个非常复杂的非线性过程,有限元法是研究这类问题比较常用的方法。本文基于金属材料塑性变形理论、金属材料屈服准则等理论,为建立有限元模型提供依据。同时,分析和研究了外界因素对金属塑性的影响以及对金属切削的有限元仿真进行描述。本文根据铣刀的实际尺寸,通过三维软件SolidWorks建立铣刀的部分模型,选择Johnson-Cook模型作为6061铝合金高速铣削本构模型,从而为有限元仿真分析提供理论依据。此外,为了得到在不同参数下的工件和刀具受力情况和温度变化情况以及应力应变分布,本文基于DEFORM-3D有限元仿真软件对切削参数四要素设计16组方案进行正交仿真研究。为了进一步对有限元仿真结果进行实验验证,通过改变切削参数和刀具几何参数来进行6061铝合金高速... 

【文章来源】：青岛理工大学山东省

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 课题研究的背景
        1.1.3 课题研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高速切削加工的国内外研究现状
        1.2.2 铝合金材料高速铣削研究现状
        1.2.3 高速切削加工有限元仿真研究现状
    1.3 论文的研究内容
第2章 金属切削加工有限元仿真理论基础
    2.1 金属切削基本理论
        2.1.1 金属切削层的形成
        2.1.2 切削过程中的切削力
        2.1.3 切削中的切削热和切削温度
    2.2 金属材料塑性变形理论
        2.2.1 弹塑性变形理论
        2.2.2 相关的弹塑性变形理论
        2.2.3 屈服准则
    2.3 变形条件对金属塑性的影响
        2.3.1 变形温度对金属塑性的影响
        2.3.2 应变速率对金属塑性的影响机理
    2.4 有限元法及其应用
    2.5 本章小结
第3章 基于DEFORM-3D的6061铝合金高速铣削仿真研究
    3.1 金属成形有限元软件DEFORM
        3.1.1 DEFORM软件简介
        3.1.2 DEFORM-3D模块结构及其操作流程
    3.2 高速铣削有限元建模
        3.2.1 几何模型
        3.2.2 工件和刀具的相对位置关系
        3.2.3 铝合金高速铣削流动应力本构模型
        3.2.4 自适应网格划分
    3.3 Deform切削基本理论
        3.3.1 金属切削变形基本理论
        3.3.2 刀屑间接触摩擦理论
        3.3.3 刀具磨损模型
        3.3.4 边界条件
    3.4 有限元模拟仿真结果
        3.4.1 铣削仿真过程分析
        3.4.2 铣削力的预测
        3.4.3 铣削区温度的分布
        3.4.4 应力和应变分布
    3.5 本章小结
第4章 铝合金高速铣削实验研究
    4.1 实验方案设计
        4.1.1 工件和刀具的选择
        4.1.2 机床和切削力测量装置
        4.1.3 切削温度测量装置
        4.1.4 扫描电镜实验
    4.2 铝合金铣削实验
    4.3 高速铣削实验铣削力结果分析
        4.3.1 铣削力结果极差分析
        4.3.2 仿真与实验铣削力数值对比分析
        4.3.3 高速铣削实验铣削力的影响因素分析
    4.4 高速铣削实验铣削温度结果分析
        4.4.1 铣削温度极差结果与仿真对比分析
        4.4.2 铝合金高速铣削温度影响因素分析
    4.5 刀具几何参数对铣削力和铣削温度的影响
        4.5.1 铣刀前角对三向铣削力和铣削温度的影响
        4.5.2 刀具螺旋角对三向铣削力和铣削温度的影响
    4.6 SEM实验观察切屑表面形貌
        4.6.1 不同应变速率下切屑的表面形貌
        4.6.2 不同温度下切屑的表面形貌
    4.7 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间完成的学术论文及成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Deform 3D的铣削力仿真试验验证研究[J]. 曾林林,周利平,刘小莹.  成都大学学报(自然科学版). 2014(01)
[2]铝合金薄壁件高速加工的切削力和工艺研究[J]. 卫雄飞,潘宏侠.  成组技术与生产现代化. 2009(02)
[3]基于有限元模拟的钛合金锯齿状切屑形成机理[J]. 杨勇,方强,柯映林,董辉跃.  浙江大学学报(工学版). 2008(06)
[4]基于FEM的三维切削力预报研究[J]. 周利平,吴能章.  工具技术. 2006(06)
[5]高速切削有限元模拟技术研究[J]. 杨勇,柯映林,董辉跃.  航空学报. 2006(03)
[6]基于有限元模拟的高速切削中切削热的研究[J]. 何振威,全燕鸣,乐有树.  工具技术. 2006(03)
[7]航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟[J]. 成群林,柯映林,董辉跃.  浙江大学学报(工学版). 2006(01)
[8]新型超高强度铝合金本构方程的研究[J]. 杨洪涛,王淑云,李惠曲,谭勇,顾家琳.  塑性工程学报. 2005(06)
[9]正交切削切屑形成中绝热剪切行为的实验研究[J]. 王敏杰,段春争,刘洪波.  中国机械工程. 2004(18)
[10]切削高强度结构钢形成的绝热剪切带微结构观察[J]. 段春争,王敏杰.  大连理工大学学报. 2004(02)

硕士论文
[1]6061铝合金高速铣削过程温度场及残余应力场研究[D]. 张庆阳.上海交通大学 2014
[2]高速车削钛合金Ti6Al4V力热特性研究[D]. 张德强.哈尔滨理工大学 2012
[3]用于多框件加工变形分析的框体拼接建模技术研究[D]. 丁子昀.南京航空航天大学 2009
[4]NAK80材料高速铣削机理及应用研究[D]. 刘文芝.天津大学 2004
[5]高速铣削铝合金切削温度的研究[D]. 阎海鹏.南京理工大学 2004
[6]高速铣削铝合金加工技术的研究[D]. 付敏.哈尔滨理工大学 2004



本文编号：3335678