【摘要】：制造技術(shù)的快速發(fā)展,有效推動了整體切削鋁合金大型薄板件在航空、航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。但是,隨著切削速度的不斷提高,加工區(qū)域的應(yīng)變率效應(yīng)和波動效應(yīng)逐漸增強(qiáng),從而嚴(yán)重影響材料去除時(shí)的成屑過程和工件的表面質(zhì)量。當(dāng)應(yīng)力波引起的應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度時(shí),會使材料發(fā)生塑性變形,影響銑削表面的殘余應(yīng)力。因此,研究銑削時(shí)鋁合金薄板中應(yīng)力波的產(chǎn)生和傳播規(guī)律,對改善工件表面質(zhì)量和殘余應(yīng)力分布具有重要意義。本文以銑削鋁合金2219為例,建立了銑削平面縱波和平面橫波的波動方程,結(jié)合應(yīng)力位移關(guān)系、初始條件和邊界條件,采用積分變換的方法對波動方程進(jìn)行求解,得到了縱波和橫波傳播的數(shù)學(xué)模型。采用有限元仿真軟件ABAQUS開展二維切削仿真,得到了縱波和橫波的傳播、演化規(guī)律,并驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確性。分析了切削參數(shù)對應(yīng)力波傳播的影響規(guī)律,并擬合出了應(yīng)力波衰減函數(shù)。結(jié)果表明,應(yīng)力波與外載荷直接相關(guān),傳播時(shí)以近似指數(shù)形式衰減。設(shè)計(jì)了垂直銑削表面方向的縱波波動信號測量方案,分析了銑削力對加速度信號的影響。通過單因素銑削實(shí)驗(yàn),對比了銑削參數(shù)變化時(shí),銑削力峰值與加速度峰值的變化規(guī)律,驗(yàn)證了理論模型中應(yīng)力波與載荷直接相關(guān)的結(jié)論。此外,分析了銑削參數(shù)對殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果表明殘余應(yīng)力在銑削力較大的方向較明顯。研究了工件表面中的銑削應(yīng)力波傳播規(guī)律和動態(tài)響應(yīng)規(guī)律。通過三維仿真研究了工件表面中的應(yīng)力隨時(shí)間的變化,通過銑削實(shí)驗(yàn)測量工件表面的動態(tài)應(yīng)變,驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性,為平面內(nèi)的應(yīng)力波測量奠定了基礎(chǔ)。通過調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速,分析了加載頻率對工件動態(tài)響應(yīng)的影響,發(fā)現(xiàn)銑削頻率不同時(shí)工件應(yīng)變周期性變化的頻率恒定。設(shè)計(jì)了工件表面中進(jìn)給方向和垂直進(jìn)給方向的動態(tài)應(yīng)變測量方法,分解了動態(tài)正應(yīng)變和動態(tài)剪應(yīng)變,并分析了銑削力對動態(tài)應(yīng)變的影響規(guī)律。測得了工件表面中的縱波和橫波傳播引起的應(yīng)變擾動,分析了工件表面中的縱波和橫波的傳播和衰減規(guī)律。結(jié)果表明,縱波衰減較快,橫波衰減較慢,卸載波隨著銑刀與測點(diǎn)距離的減小先增加后減小。
【圖文】：

的傳播互不影響［１７］，，因此可以將解析解疊加，場變化規(guī)律。不考慮衰減時(shí)，縱波和橫波的解式的形式相同，因此以式（２－１２）為例分析應(yīng)力的傳播過程，設(shè)定外載荷如圖２－ｌ（ａ）所示。波形函數(shù)為；波形只是的函數(shù)，其ｃ，逡逑經(jīng)過平移、翻轉(zhuǎn)、拉伸得到。在Ａ／時(shí)間后，波形變變，如果把ｘ值也增大Ａｘ＝ＣｌＡ／，則波形重新形在Ａ／時(shí)間內(nèi)向右移動了邋Ａｘ的距離，移動的傳播，且在傳播時(shí)波形不發(fā)生改變。同理，。逡逑

因此本文以ＡＢＡＱＵＳ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ模塊建立二維切削仿真模型，分析應(yīng)力波的演化規(guī)逡逑律，驗(yàn)證理論模型的正確性。逡逑有限元模型的特征如圖２－２所示，其中刀尖以下工件寬度為１０ｍｍ，長度為逡逑２０ｍｍ。為了更好地呈現(xiàn)應(yīng)力波的傳播現(xiàn)象，從工件上邊界靠近中間位置開始切逡逑肖ＩＪ。為降低仿真過程的復(fù)雜度，對有限元模型進(jìn)行如下簡化：逡逑（丨）刀具材料為硬質(zhì)合金，其硬度和剛度與工件材料鋁合金相比足夠大，逡逑因此假設(shè)刀具為剛體。逡逑（２）
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V252.2;TG54;TG146.21

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本文編號：2648072