本文關(guān)鍵詞：基于難加工材料特性的高速銑削力預(yù)測(cè)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(xué)特性,被廣泛用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽輪機(jī)及內(nèi)燃機(jī)等裝備中的關(guān)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(gè)重要的過程參數(shù),其中蘊(yùn)含著材料及刀具參數(shù)、工件幾何以及系統(tǒng)振動(dòng)等信息,并直接影響加工質(zhì)量、效率、安全性以及穩(wěn)定性等。因此,建立銑削力預(yù)測(cè)模型,進(jìn)行實(shí)際加工前的過程模擬和銑削力預(yù)測(cè),并針對(duì)銑削力過大或波動(dòng)劇烈區(qū)域及時(shí)修正加工軌跡及工藝參數(shù),對(duì)于提高生產(chǎn)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(duì)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(jī)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(yīng)高速切削狀態(tài)的銑削力高精度預(yù)測(cè)模型具有一定的工程實(shí)際意義。本文以對(duì)不同難加工材料的高速銑削力精確預(yù)測(cè)為主要研究目標(biāo),通過研究分析材料特性：屈服強(qiáng)度、塑性、導(dǎo)熱性等對(duì)銑削力影響規(guī)律,并結(jié)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(yù)報(bào)方法。針對(duì)球頭銑刀及平頭銑刀的幾何特征與銑削特點(diǎn),分別建立對(duì)應(yīng)的銑削力預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)多適用性模型的探究。本文主要研究?jī)?nèi)容為：首先,研究與難加工材料高速銑削方式相適應(yīng)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(jī)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(biāo)系、刀具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系以及機(jī)床坐標(biāo)系在內(nèi)的坐標(biāo)系體系,研究刀具幾何形狀及在轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給狀態(tài)下動(dòng)、靜態(tài)坐標(biāo)系之間相互變換機(jī)制。結(jié)合直角及斜角切削特點(diǎn),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(nèi)在機(jī)理,結(jié)合機(jī)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(xué)分析的基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)驗(yàn)關(guān)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(guān)系；修正球頭銑刀銑削力模型中未變形計(jì)算厚度的計(jì)算方法,考慮軸向進(jìn)給的影響；建立并使用分層平均力反向識(shí)別的方法識(shí)別引入的系數(shù)：分別針對(duì)球頭和平頭銑刀銑削方式,建立不同銑刀的銑削力預(yù)測(cè)模型。最后,針對(duì)所建立的銑削力預(yù)測(cè)模型,進(jìn)行了包括平面及曲面上的高速銑削試驗(yàn),以對(duì)模型進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)；通過Matlab編程模擬模型銑削過程,預(yù)測(cè)刀具實(shí)時(shí)受力狀態(tài),并將實(shí)驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行比對(duì),結(jié)果顯示兩者在幅值和趨勢(shì)上都能較好地吻合；結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求,對(duì)如何進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度給出了可行性建議。以上工作對(duì)后續(xù)更深入的研究有一定的導(dǎo)向作用,同時(shí)也可以對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)加工提供一定的參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG54

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本文編號(hào)：1294558