本文關鍵詞：基于難加工材料特性的高速銑削力預測模型

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【摘要】：鎳基高溫合金及鈦合金是典型的難加工金屬材料,具有優(yōu)良的力學特性,被廣泛用于制造火箭發(fā)動機、蒸汽輪機及內燃機等裝備中的關鍵熱端零部件。而在此類零件的高速銑削加工過程中,銑削力是一個重要的過程參數(shù),其中蘊含著材料及刀具參數(shù)、工件幾何以及系統(tǒng)振動等信息,并直接影響加工質量、效率、安全性以及穩(wěn)定性等。因此,建立銑削力預測模型,進行實際加工前的過程模擬和銑削力預測,并針對銑削力過大或波動劇烈區(qū)域及時修正加工軌跡及工藝參數(shù),對于提高生產效率和安全性、降低成本有著重要作用。以往的銑削力建模方法大多只是針對常規(guī)切削速度下的銑削力研究,且在適用性或精度上存在一定的局限性,而難加工金屬材料的切削機理本身在高速狀態(tài)下就與低速狀態(tài)下有所區(qū)別。因此,研究具有多適用性且適應高速切削狀態(tài)的銑削力高精度預測模型具有一定的工程實際意義。本文以對不同難加工材料的高速銑削力精確預測為主要研究目標,通過研究分析材料特性：屈服強度、塑性、導熱性等對銑削力影響規(guī)律,并結合刀具角度、高速切削條件以及工件形貌等因素,提出了一種多適用性銑削力預報方法。針對球頭銑刀及平頭銑刀的幾何特征與銑削特點,分別建立對應的銑削力預測模型,實現(xiàn)對多適用性模型的探究。本文主要研究內容為：首先,研究與難加工材料高速銑削方式相適應的銑削力建模方法,完善建模思路與流程；通過微分處理,將刀具劃分為一系列切削微元,以微元作為基本研究的單位,展開切削機理研究,并以微分的方式將連續(xù)的銑削過程離散為一系列靜態(tài)的切削位姿組合；分析并建立了包括局部坐標系、刀具坐標系、工件坐標系以及機床坐標系在內的坐標系體系,研究刀具幾何形狀及在轉動與進給狀態(tài)下動、靜態(tài)坐標系之間相互變換機制。結合直角及斜角切削特點,分析切削微元受力形式與力矢量的變化規(guī)律；研究金屬切削過程內在機理,結合機械模型建模方法與解析模型建模方法,綜合分析微元受力受工件材料參數(shù)及切削條件的交互影響規(guī)律；在力學分析的基礎上結合經驗關系建立刀具前刀面受力與工件材料參數(shù)及切削條件的函數(shù)關系；修正球頭銑刀銑削力模型中未變形計算厚度的計算方法,考慮軸向進給的影響；建立并使用分層平均力反向識別的方法識別引入的系數(shù)：分別針對球頭和平頭銑刀銑削方式,建立不同銑刀的銑削力預測模型。最后,針對所建立的銑削力預測模型,進行了包括平面及曲面上的高速銑削試驗,以對模型進行可靠性檢驗；通過Matlab編程模擬模型銑削過程,預測刀具實時受力狀態(tài),并將實驗值與預測值進行比對,結果顯示兩者在幅值和趨勢上都能較好地吻合；結合實際應用需求,對如何進一步提高預測精度給出了可行性建議。以上工作對后續(xù)更深入的研究有一定的導向作用,同時也可以對實際的生產加工提供一定的參考依據(jù)。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG54

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