【摘要】：插銑作為一種新型的加工方式,因其加工時去除金屬余量較大、加工過程穩(wěn)定不易發(fā)生振顫等特點,在航空航天、水力發(fā)電等行業(yè)得到了普遍的應用。水輪機水斗部分的材料一般采用Cr13不銹鋼,被加工時消耗的能量大多轉化成熱能,長期不合理使用會使刀具發(fā)生破損現(xiàn)象,影響工件加工精度,因此了解刀具的切削性能十分重要。但是目前對插銑刀具切削性能方面研究仍較少,本文主要對不同前角的插銑刀具進行以下研究:首先,分析插銑加工時刀具切削區(qū)的溫度場,根據(jù)插銑加工的特點,基于熱源法建立有限大瞬時線熱源傳熱模型,基于反求法求解所需的熱源強度,分析切入和切出兩種不同狀態(tài)下刀具的溫度變化,根據(jù)插銑間斷式加工特點建立經(jīng)驗公式,完成插銑切削時的瞬時切削力建模,基于有限元分析方法,完成強度理論分析,為后續(xù)仿真分析奠定理論基礎,最后建立切削過程中的熱力耦合方程。其次,本文待插銑工件是水輪機水斗,其材料是Cr13不銹鋼,根據(jù)該材料熱強度較高易與刀具發(fā)生粘結破損等特點,選擇合適的刀片與刀體材料,利用UG進行結構設計,其中包含刀具類型,幾何尺寸等,分別設計出前角為(+1°,-1°),(+3°,-3°),(+5°,-5°),(+7°,-7°)四種插銑刀具。再次,通過DEFORM模擬插銑加工過程,分析前角分別為°°+)1-,1(,°°+)3-,3(,°°+)5-,5(,°°+)7-,7(的四種刀片在相同切削條件下的切削力、切削溫度和刀具強度的關系,分析刀具前角對切削力、強度及溫度的影響規(guī)律,并且通過ANSYS進行靜力學、熱應力和刀具變形分析,得到刀具前角對刀具變形的影響和溫度場分布的情況,綜合選擇更有利于插銑加工的前角角度,并基于該角度,分析主軸轉速、每齒進給量、徑向切寬對刀具切削溫度和切削力的影響規(guī)律。最后,采用正交試驗法,完成切削試驗,分析主軸轉速、每齒進給量和徑向切寬對切削力的影響規(guī)律,同DEFORM仿真分析結論對比,并建立插銑切削力預測模型。根據(jù)插銑加工過程中材料去除率最大和刀具變形量最小選取最優(yōu)切削參數(shù),進行磨損實驗,觀察刀具磨損情況。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG714
【圖文】：

圖 1-2 葉輪圖片 圖 1-3 水輪機的水斗Fig.1-2 Integral impeller Fig.1-3 The pelton of turbine當前，刀具材料通常采用的是硬質合金及其涂層刀具，其擁有較高的韌抗彎強度，同時涂層部分的材料，耐高溫及耐磨損性能優(yōu)良，可以適用于齒進給量和較大切削速度的情況。刀具和刀片的幾何形狀在很大程度上決

逡堵?圖 1-2)；水力發(fā)電中沖擊式水輪機關鍵部件水斗(圖1-3)，在刀具大懸深和加工條件不穩(wěn)定的情況下，極易發(fā)生振動，而插銑切削方式是目前唯一的解決方法，盡量大的金屬去除率是插銑的最終目標，其主要應用場合是粗加工和半精加工，在反復插銑達到預定深度時，刀具不斷地縮回和復位以便于下一次插銑時可迅速地從重疊走刀處去除大量金屬，無論對于大金屬量切削加工，還是對具有復雜幾何形狀的航空零件的加工，插銑都將是優(yōu)先考慮的加工方式。因其性能良好，近年來受到了國內外專家的關注，但是由于這種加工方式出現(xiàn)時間短，關于其切削性能部分的研究仍然處于初級階段。

圖 1-4 水斗處產生振紋 圖 1-5 刀片發(fā)生破損Fig.1-4 Produce ripples at the bucket Fig.1-5 Blade broke 國內外研究現(xiàn)狀及分析

【參考文獻】

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本文編號：2751880