多硬度拼接淬硬钢球头铣削有限元仿真及实验研究

论文摘要

大型汽车覆盖件模具自由型面上存在大量沟槽、转角、凸起、凹陷,多采用整体和镶块式淬硬钢铣削加工而成,其制造难度大、加工质量和精度要求高。因此对拼接条件下淬硬钢的铣削特性进行研究具有十分重要的理论意义与应用价值。针对拼接条件下淬硬钢球头铣削过程中切削力、切屑形态、切削温度、切削振动以及工件表面质量等缺乏研究及理论指导等问题,本文进行了铣削过程的有限元仿真和拼接条件下的球头铣削淬硬钢的实验研究。本文的主要工作和成果如下：1.建立了球头铣刀的有限元模型,计算了球头铣刀的模态参数,进行了球头铣刀装夹条件下的模态实验,验证了有限园计算的正确性,得到了机火式球头铣刀的较优悬伸量及模态参数,为优选铣削参数提供依据。2.建立了考虑刀具振动的铣削过程仿真有限元模型,分析了切削参数对切削力的影响,发现在锯齿形切屑形成的临界速度处切削力有较大变化,分析了切屑形态形成过程以及切屑温度的分布情况；3.进行了拼接条件下的淬硬钢球头铣削实验,分析了单一硬度拼接条件下的切削力、切屑形态并与仿真结果进行了对比,验证了仿真模型的正确性,分析了单一硬度拼接条件下和多硬度拼接条件下的切削振动,发现硬度对进给方向的振动信号影响较大,且多硬度拼接条件下的振动比单硬度拼接条件下的振动剧烈；4.对刀具磨损机理进行了分析,分析刀具磨损时的切削力及切屑形态,分析了切削参数、倾角以及过缝方式对表面质量影响,提出了拼接条件下的切削工艺参数的选用原则。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 球头铣削研究现状
• 1.2.2 模态分析研究现状
• 1.2.3 切削仿真研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 球头铣刀模态分析
• 2.1 球头铣刀计算模态分析
• 2.1.1 球头铣刀模态分析过程
• 2.1.2 球头铣刀计算模态结果分析
• 2.2 球头铣刀实验模态分析
• 2.2.1 模态试验测试系统
• 2.2.2 模态参数提取方法及模态判定准则
• 2.2.3 球头铣刀实验模态结果分析
• 2.3 球头铣刀计算模态与实验模态比较
• 2.4 球头铣刀不同悬伸计算模态分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 考虑刀具振动的淬硬钢切削过程有限元仿真
• 3.1 切屑形态数值模拟中关键技术
• 3.1.1 金属切削有限元模型
• 3.1.2 材料流动应力模型
• 3.1.3 切削分离准则
• 3.1.4 网格划分与重划技术
• 3.2 切削力数值模拟分析
• 3.2.1 切削速度对切削力的影响
• 3.2.2 切削深度对切削力的影响
• 3.3 切屑形态数值模拟分析
• 3.3.1 锯齿形切屑形成过程模拟分析
• 3.3.2 切削速度对切屑形状的影响
• 3.4 切屑温度数值模拟分析
• 3.4.1 切屑温度分析
• 3.4.2 且削速度对切屑温度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 球头铣削多硬度拼接淬硬钢实验研究
• 4.1 铣削动力学系统模型
• 4.2 多硬度拼接切削试验系统
• 4.2.1 试验条件
• 4.2.2 工件材料及拼装方法
• 4.2.3 铣削实验系统
• 4.3 切削力实验结果分析
• 4.3.1 切削力信号分析
• 4.3.2 切削参数对切削力的影响
• 4.4 切屑形态实验结果分析
• 4.4.1 切削速度对切屑形态的影响
• 4.4.2 切削速度对切屑温度的影响
• 4.5 切削振动实验结果分析
• 4.5.1 加速度信号时域分析
• 4.5.2 加速度信号频域分析
• 4.5.3 单一硬度条件下铣削参数对振动响应的影响
• 4.5.4 多硬度拼接条件下铣削参数对振动的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 刀具磨损和表面质量研究及工艺参数选择
• 5.1 球头铣刀具磨损研究
• 5.1.1 刀具磨损形态
• 5.1.2 刀具磨损机理
• 5.1.3 刀具磨损过程中的切削力
• 5.1.4 新刀具与磨损刀具的切削振动
• 5.2 球头铣刀铣削工件表面质量研究
• 5.2.1 切削过程中切削用量对表面质量的影响
• 5.2.2 切削加工过程中倾角对表面质量的影响
• 5.2.3 多硬度拼接时过缝方式对表面质量的影响
• 5.2.4 切削过程中刀具磨损对表面质量的影响
• 5.3 淬硬钢球头铣削加工工艺参数的选择
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果