隨著新材料、新工藝的出現(xiàn),傳統(tǒng)參數(shù)固定的通用刀具難于滿足現(xiàn)代制造業(yè)靈活的需求,在切削過程中刀具幾何參數(shù)影響切削力與切削溫度,而力與溫度是造成刀具磨損和失效的主要原因,同時還影響著加工表面的形狀與質(zhì)量。目前國內(nèi)外多數(shù)學者將刀具參數(shù)作為已知量進行研究,而非針對具體的加工對象設(shè)計具有專用屬性的高性能刀具,且刀具幾何參數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)的,不可孤立的選擇某一參數(shù)。在滿足一定的切削工況下,優(yōu)化刀具幾何參數(shù)是提升切削性能的有效手段,使用試驗方法分析金屬切削過程,需配備高精度設(shè)備和檢測儀器作為支撐,成本代價高昂,隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展,基于有限元理論的定量化仿真技術(shù)成為了研究切削加工和刀具優(yōu)化的有力工具,但其自動化程度較低,刀具與仿真前處理的建模周期長。為了使球頭銑刀幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計更加高效,本文提出了集成仿真優(yōu)化刀具幾何參數(shù)的方法,研究了Isight集成UG、ABAQUS軟件的關(guān)鍵技術(shù),闡述了在集成過程中所需的必要文件及其獲取方法。首先,分析球頭銑刀的結(jié)構(gòu)特征,建立了Isight集成UG所需的刀具特征變量表達式文本、球頭銑刀參數(shù)化模型文件、UG模型更新代碼程序。然后基于有限元切削仿真的關(guān)鍵技... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學黑龍江省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋸齒狀切屑形成過程車削仿真

的分布情況。J.C.Aurich 等學者基于 DEFORM-3D 軟件采用 Cockroft-Latham分離準則，模擬了鈦合金材料鋸齒形切屑形成過程[3]。Tarek Mabrouki 和Daniel Nelias 研究了刀屑接觸區(qū)域的剪切應(yīng)力，分析了極限剪切應(yīng)力同摩擦系數(shù)和溫度間的作用關(guān)系，通過 ABAQUS/Explicit 有限元分析軟件，采用改進的正交切削模型呈現(xiàn)了加工 TC4 材料時摩擦系數(shù)、切削速度及車刀前角同切屑形態(tài)的關(guān)系[4]。Alaa Olleak 和 Tugrul Ozel 基于三維有限元模型，研究設(shè)計了鈦合金 Ti-6Al-4V 紋理結(jié)構(gòu)刀具，發(fā)現(xiàn)垂直和斜槽微紋理結(jié)構(gòu)刀具的切削力降低明顯，此外，微觀紋理區(qū)域內(nèi)觀察到刀具磨損低于傳統(tǒng)的刀具，干式加工中微紋理結(jié)構(gòu)有助于提升刀具的性能[5]。Mathias Agmell 和 Volodymyr Bushlya 使用耦合歐拉-拉格朗日（CEL）公式，建立有限元模型研究 PCBN 刀具切削AISI316L 材料的切削力與切削溫度，并闡述鋸齒形切屑對刀具使用性能的影響[6]。Sampsa VA Laakso 等結(jié)合實驗與仿真方法分析摩擦模型、刀具幾何形狀對切削力的影響，如圖 1-3 所示，分析了不同摩擦值對切屑形成的影響，結(jié)果顯示刀具幾何形狀顯著影響進給力，而摩擦力僅影響進給力 20-50%[7]。EkremOezkaya 和 Dirk Biermann 創(chuàng)建了三維有限元攻絲仿真模型如圖 1-4 所示，并在設(shè)計階段預(yù)測相對扭矩，利用適當?shù)姆指罘椒ń鉀Q計算用時長問題，并評估了加工過程中刀具的性能[8]。

哈爾濱理工大學工程碩士學位論文增強了刀具使用壽命。哈爾濱理工大學劉獻禮[11]基于有限元軟件 ABAQUS，分析了高速車削 GCr15 軸承鋼時，三種不同刃口結(jié)構(gòu)（倒圓、鋒利、倒棱）對切削力、切削溫度及殘余應(yīng)力的影響。何志祥通過 Deform-3D 研究了車刀幾何角度和刃口結(jié)構(gòu)對切削溫度影響關(guān)系，并以金屬去除率和切削溫度最小為優(yōu)化目標，得到了車削鈦合金時刀具結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)組合[12]。徐衍鋒等學者基于AdvantEdgeTM 切削加工物理仿真平臺，建立了鎳基高溫合金銑削過程的有限元仿真模型，闡述了銑削速度、每齒進給量和銑削深度對切削熱的影響，研究結(jié)果表明，切削速度的變化對切削溫度的影響比切削深度和每齒進給量更大[13]。黃翠建立了三維車削 GH4169 熱力耦合有限元仿真模型，借助有限元方法揭示了切削參數(shù)不同時切削力、刀具磨損量以及切屑形狀的變化規(guī)律，對比了仿真與試驗過程中刀具磨損形貌如圖 1-5 所示，并預(yù)測了刀具磨損主要區(qū)域[14]。李海安等人使用有限元法建立了硬質(zhì)合金立銑刀三維切削仿真模型，并將銑削仿真獲得的切屑形態(tài)同實驗相對比如圖 1-6 所示，并基于最低切削力和切削溫度的目標優(yōu)化了刀具的幾何參數(shù)，得到了銑削鈦合金時整體立銑刀優(yōu)化的幾何參數(shù)和切削刃刃形[15]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]球頭銑刀銑削SKD61鋼三維仿真研究[J]. 董佳靈,黃立新,何祥圣.  輕工機械. 2018(02)
[2]基于Cruise-Isight聯(lián)合仿真的乘用車變速器速比優(yōu)化[J]. 艾小忱,鄭廣勇,張壽鳳,曾浩.  機械傳動. 2018(02)
[3]基于多元非線性回歸的刀具幾何參數(shù)優(yōu)化[J]. 于金,王胤棋,高彥梁.  制造業(yè)自動化. 2016(05)
[4]基于遺傳算法的某汽車外形空氣動力學優(yōu)化[J]. 賴晨光,陳小雄,文凱平,陸茂桂.  重慶理工大學學報(自然科學). 2016(04)
[5]高溫合金GH4169高速銑削仿真加工與分析[J]. 徐衍鋒,趙燦,劉玉波.  機械工程師. 2014(05)
[6]基于iSIGHT的鼓式制動器多目標優(yōu)化設(shè)計[J]. 潘金坤.  制造業(yè)自動化. 2011(09)
[7]多目標優(yōu)化問題的研究概述[J]. 肖曉偉,肖迪,林錦國,肖玉峰.  計算機應(yīng)用研究. 2011(03)
[8]球頭銑刀高速切削Inconel 718的刀具磨損研究[J]. 何磊,李亮,戚寶運.  工具技術(shù). 2010(09)
[9]機械優(yōu)化設(shè)計理論方法研究綜述[J]. 董立立,趙益萍,梁林泉,朱煜,段廣洪.  機床與液壓. 2010(15)
[10]S形刃球頭立銑刀的數(shù)學模型[J]. 盛尚雄,吳卓,馬世輝.  甘肅科學學報. 2009(04)

博士論文
[1]整體硬質(zhì)合金球頭銑刀“形—性—用”一體化設(shè)計與制造研究[D]. 計偉.哈爾濱理工大學 2015

碩士論文
[1]基于ABAQUS二次開發(fā)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計平臺研究[D]. 馬川.西安建筑科技大學 2018
[2]某微型純電動車正面碰撞安全分析與優(yōu)化[D]. 孔國棟.湖南大學 2017
[3]基于有限元方法的GH4169車削過程刀具磨損仿真及試驗研究[D]. 黃翠.哈爾濱理工大學 2017
[4]微型撲翼飛行器機翼的仿生設(shè)計與多目標優(yōu)化[D]. 李建明.南京航空航天大學 2017
[5]鎳基高溫合金切削加工的物理仿真及工藝參數(shù)優(yōu)化[D]. 蒲新明.西南石油大學 2016
[6]鈦合金TC4高速銑削試驗研究及數(shù)值模擬[D]. 胡敏敏.昆明理工大學 2016
[7]基于Abaqus的鈦合金高速切削仿真平臺的開發(fā)[D]. 吳燕.沈陽理工大學 2016
[8]雙刃可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計與銑削性能研究[D]. 曾林林.西華大學 2015
[9]航空航天典型材料切削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究[D]. 丁明娜.哈爾濱理工大學 2015
[10]基于正面碰撞的轎車車架輕量化研究[D]. 儀德濤.湖南大學 2014



本文編號：3352455