本文關鍵詞：7075-T6鋁合金微銑削力及加工工藝的研究

  更多相關文章： J-C本構 刀具偏擺 尺寸效應 微銑削力 仿真與實驗

【摘要】：在智能化產(chǎn)品廣泛應用的今天，各行各業(yè)對微型精密零件的需求也越來越多樣化，微細銑削以其特有的優(yōu)勢成為國內(nèi)外研究的熱點。微細銑削技術相對于其他的微細加工技術而言，擁有如下的優(yōu)勢：可在金屬和非金屬材料上加工復雜的三維形狀，且對加工環(huán)境要求低。由于微型產(chǎn)品的去毛刺工藝尚不成熟，對于微細銑削加工而言，一次加工達到要求的精度至關重要，這就需要針對不同的加工材料有不同的最優(yōu)化的微銑削工藝參數(shù)。為此，本文通過研究分析微銑削加工機理，建立微銑削力的理論模型和ABAQUS有限元仿真模型，并以HASS VF-2機床為基礎，組建微銑削實驗系統(tǒng)，進行不同切削參數(shù)的微銑削實驗。最后將微銑削實驗結果與理論模型和仿真模型進行比較，驗證模型的可行性。通過對7075-T6航空鋁合金進行微銑削實驗，研究工藝參數(shù)對微銑削力和微槽槽頂毛刺尺寸的影響規(guī)律，為微銑削工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了基礎。本文的主要研究內(nèi)容如下： （1）考慮尺寸效應的微銑削有限元模擬仿真 采用有限元軟件ABAQUS/EXPLICT進行7075-T6航空鋁合金的微銑削模擬仿真，將應變梯度塑性理論引入到7075-T6航空鋁合金的Johnson-Cook（J-C）本構方程中，來表示材料在微細銑削過程中的變形特性，計算出微銑削過程中的應變率，利用修正后的J-C本構模型模擬出微細銑削存在尺寸效應這一特性。通過MATLAB繪制出修正的J-C本構模型的應力-應變-溫度的關系曲線，并將這些數(shù)據(jù)導入到ABAQUS軟件中，進行考慮尺寸效應現(xiàn)象的微銑削過程的有限元模擬仿真。利用二維有限元模擬仿真了微細銑削過程中的應力和力與刀具切削刃半徑的關系，結果表明應力和力隨切削刃半徑的增大而增大。通過三維有限元模擬仿真研究了微銑削力與主軸轉速、每齒進給量以及軸向切削深度的關系，研究表明微銑削力隨主軸轉速的增大而減小，隨每齒進給量的增大而先減小后增大，隨軸向切削深度的增大而增大。 （2）考慮尺寸效應和刀具偏擺的微銑削力理論模型 本文考慮微銑削加工過程中刀具偏擺的影響，建立了一種新的瞬態(tài)切削厚度理論計算模型，該模型能夠體現(xiàn)出瞬態(tài)切削厚度隨刀具旋轉角度的變化而變化的特點。將幾種瞬態(tài)切削厚度模型進行對比研究，結果表明考慮刀具偏擺的瞬態(tài)切削厚度模型更加接近真實情況。在計算微銑削力時，應用了考慮刀具偏擺的瞬態(tài)切削厚度，并同時考慮了犁切力、流動應力和彈性恢復的影響，建立了滿足微銑削特點的微銑削力理論模型。最后，用直徑為0.1mm的日進刀具進行微銑削實驗，將相同條件下得到微銑削力的實驗值與理論值進行比較，，進一步驗證考慮尺寸效應和刀具偏擺影響的微銑削力理論模型的可行性。 （3）微銑削工藝參數(shù)的研究 采用0.1mm日進銑刀進行正交實驗，研究了微銑削工藝參數(shù)對微銑削力、扭矩和槽頂毛刺的影響情況，實驗結果表明通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化能夠達到減小微銑削力和槽頂毛刺的目的。
【關鍵詞】：J-C本構 刀具偏擺 尺寸效應 微銑削力 仿真與實驗
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG54
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 主要符號說明及單位12-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景及意義15-17
• 1.1.1 課題研究背景15-17
• 1.1.2 課題研究意義17
• 1.2 微細銑削的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 微細銑削的研究進展17-18
• 1.2.2 微銑削加工機理的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 論文的主要工作21-23
• 第二章 7075-T6 航空鋁微銑削力有限元仿真與分析23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 工件材料的本構方程23-29
• 2.2.1 微切削的 Johnson-Cook（J-C）材料本構模型23-25
• 2.2.2 Johnson-Cook 模型的修正25-26
• 2.2.3 考慮最小切削厚度的材料本構模型26-27
• 2.2.4 基于修正 J-C 本構方程的 7075-T6 航空鋁合金的應力應變關系27-29
• 2.3 微銑削模擬仿真29-32
• 2.3.1 刀具的幾何模型29-31
• 2.3.2 刀具與工件材料的參數(shù)31
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分及材料失效準則31-32
• 2.3.4 摩擦模型32
• 2.4 尺寸效應的研究32-36
• 2.4.1 尺寸效應現(xiàn)象32-35
• 2.4.2 切削刃半徑對微銑削力的影響35-36
• 2.4.3 切屑形成的研究36
• 2.5 三維模擬仿真36-38
• 2.6 仿真結果與分析38-41
• 2.6.1 微銑削力與軸向切削深度的關系38-40
• 2.6.2 微銑削力與每齒進給量的關系40-41
• 2.7 本章小結41-43
• 第三章 考慮刀具偏擺的微銑削力理論模型43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 考慮刀擺的瞬態(tài)切削厚度44-47
• 3.2.1 微銑削刀尖運動軌跡44-45
• 3.2.2 瞬態(tài)切削厚度理論模型45-47
• 3.3 考慮刀具偏擺的瞬態(tài)切削厚度模型的分析47-50
• 3.3.1 三種不同瞬態(tài)切削厚度模型47-48
• 3.3.2 瞬態(tài)切削厚度的影響因素48-49
• 3.3.3 瞬態(tài)切削厚度對微銑削力的影響49-50
• 3.4 微銑削力的理論模型50-54
• 3.4.1 微單元切削力模型50-51
• 3.4.2 微單元的正壓力（N）和摩擦力（F）51
• 3.4.3 剪切面上的流動應力51
• 3.4.4 犁切力51-52
• 3.4.5 彈性恢復52
• 3.4.6 微單元的切向和徑向分力52-54
• 3.5 本章小結54-55
• 第四章 7075-T6 航空鋁微銑削力的實驗研究55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 實驗系統(tǒng)55-61
• 4.2.1 實驗條件55-58
• 4.2.2 實驗步驟58-59
• 4.2.3 微銑削力數(shù)據(jù)采集與處理59-61
• 4.3 實驗驗證61-65
• 4.3.1 刀具偏擺對微銑削力的影響61-63
• 4.3.2 理論和仿真模型的驗證63-65
• 4.4 微銑削單因素實驗65-70
• 4.4.1 軸向切削深度對微銑削力的影響66-67
• 4.4.2 進給量對微銑削力的影響67-69
• 4.4.3 主軸轉速對微銑削力的影響69-70
• 4.5 本章小結70-71
• 第五章 7075-T6 航空鋁微槽銑削工藝參數(shù)優(yōu)化71-81
• 5.1 引言71
• 5.2 微銑削正交實驗71-74
• 5.2.1 實驗因素與指標71
• 5.2.2 正交實驗表的設計71
• 5.2.3 實驗設計71-73
• 5.2.4 槽頂毛刺的測量73-74
• 5.3 實驗結果分析74-80
• 5.3.1 切削參數(shù)對微銑削力的影響76-77
• 5.3.2 切削參數(shù)對槽頂毛刺和綜合指標的影響77-79
• 5.3.3 工藝參數(shù)的優(yōu)化79
• 5.3.4 切削液對槽頂毛刺的影響79-80
• 5.4 本章小結80-81
• 第六章 總結與展望81-83
• 6.1 論文主要工作總結81
• 6.2 主要創(chuàng)新點81
• 6.3 工作展望81-83
• 參考文獻83-89
• 附錄89-91
• 致謝91-93
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文93

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 蔣放,王西彬,劉志兵;微細切削的尺度效應研究[J];工具技術;2004年08期

2 苑玉鳳;;多指標正交試驗分析[J];湖北汽車工業(yè)學院學報;2005年04期

3 陳明君;陳妮;何寧;倪海波;劉戰(zhàn)強;李亮;;微銑削加工機理研究新進展[J];機械工程學報;2014年05期

4 張棉好;朱春耕;劉智強;汪紅波;;微銑削切削厚度模型的研究[J];機械制造;2010年09期

5 李洪波;文杰;李紅濤;;微銑削表面粗糙度實驗研究[J];武漢理工大學學報;2010年14期

6 嚴宏志;龔黎軍;;20CrMo材料本構模型及其有限元模擬[J];中南大學學報(自然科學版);2012年11期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 史振宇;基于最小切除厚度的微切削加工機理研究[D];山東大學;2011年

2 趙巖;微細銑削工藝基礎與實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2008年

3 吳繼華;基于應變梯度塑性理論的正交微切削變形研究[D];山東大學;2009年

本文編號：722610