三维复杂槽型铣刀片槽型优选技术的研究

论文摘要

本文从提高三维复杂槽型铣刀片的切削性能和可靠性出发,考虑到铣削过程中铣刀片切削性能的好坏与铣削力和铣削温度变化规律有关,以铣刀片铣削力和铣削热实验为基础,建立三维复杂槽型铣刀片铣削力与铣削热数学模型、表面受力与受热密度函数;分别以此为边界条件,进行三维应力场和温度场的分析,通过模糊综合评判,建立应力场和温度场的量化数学模型;进行铣刀片冲击破损和粘结破损实验,以从不同的角度比较铣刀片槽型的优劣,进行槽型的优选。其主要内容:1.对已建立的铣刀片受力密度函数进行研究并作进一步简化;使用UG三维软件对平前刀面铣刀片和波形刃铣刀片进行实体建模;将实体模型导入ANSYS有限元分析软件,再利用受力密度函数作为边界条件,对铣刀片进行应力场分析;比较ANSYS分析结果,对波形刃铣刀片和平前刀面铣刀片进行槽型优选。2.对四种硬质合金铣刀片铣削45号钢进行冲击破损实验研究,得到了铣刀片冲击破损形貌图;应用SuperSMITH Weibull分析软件,依据冲击破损实验数据,建立起四种铣刀片的破损寿命数学模型;并利用柯尔莫哥洛夫检验证明刀片破损寿命概率分布确实符合Weibull分布;对铣刀片冲击破损寿命进行对比,优选出冲击破损小的最佳槽型。3.在铣削温度试验的基础上,采用量纲分析理论,结合实验分析结果,建立了铣刀片表面平均温度、受热密度函数和理论温度场的数学模型,并利用MATLAB软件,依据试验数据得出铣削温度随时间变化的实验公式,对相同切削参数下不同槽型铣刀片的铣削温度进行了对比分析;利用ANSYS有限元分析软件,对不同槽型铣刀片进行三维温度场分析,得到了铣刀片在切削周期内不同时刻的温度分布规律;以温度场有限元分析为基础,对铣刀片进行了温度场模糊数学综合评判,对不同槽型铣刀片进行了优选。以上研究为建立三维槽型铣刀片综合物理场量化数学模型和槽型优化CAD系统奠定了基础,为铣刀片槽型的开发研究提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 金属切削刀具国内外发展现状
• 1.2 硬质合金铣刀片破损机理的研究概况
• 1.3 铣刀片几何形状与参数的变化趋势
• 1.3.1 铣刀片轴向前角的变化趋势
• 1.3.2 曲线刃和带三维复杂槽型的铣刀片的应用
• 1.4 铣削刀具槽型开发设计与优选技术研究现状
• 1.5 论文的选题目的和意义
• 1.6 课题来源及本文主要研究内容
• 第2章 基于三维复杂槽型铣刀片受力密度函数的应力场有限元分析
• 2.1 铣刀片受力密度函数数学模型的研究
• 2.2 铣刀片的应力场有限元分析
• 2.2.1 ANSYS 有限元分析简介
• 2.2.2 三维复杂槽型铣刀片UG 实体建模
• 2.2.3 有限元分析模型的网格划分
• 2.2.4 边界条件的确定
• 2.2.5 模型的有限元分析
• 2.3 应力场模糊综合评判
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于冲击破损铣刀片槽型优选技术的研究
• 3.1 三维复杂槽型铣刀片冲击破损试验
• 3.1.1 冲击破损试验设计
• 3.1.2 试验结果
• 3.2 威布尔分布函数特性分析
• 3.3 冲击破损寿命累积分布函数数学模型的建立
• 3.4 柯尔莫哥洛夫检验
• 3.5 刀片破损寿命的对比分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于粘结破损铣刀片槽型优选技术的研究
• 4.1 铣削温度试验研究
• 4.2 试验数据处理与分析
• 4.3 量纲分析法求前刀面上平均温度
• 4.3.1 量纲分析法
• 4.3.2 铣刀片前刀面的平均温度
• 4.3.3 前刀面热流密度的确定
• 4.4 铣刀片表面受热密度函数与温度场数学模型的建立
• 4.4.1 传热学模型的建立
• 4.4.2 温度场数学模型与受热密度函数
• 4.5 铣刀片温度场的有限元分析及模糊综合评判
• 4.6 铣削温度与粘结破损之间的数学模型与变化规律
• 4.7 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢