發(fā)布時(shí)間：2018-06-29 00:30

  本文選題：數(shù)值仿真 + 正交切削　； 參考：《上海交通大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：表面完整性對(duì)金屬加工的機(jī)械部件的性能和疲勞壽命有很大的影響。而表面完整性又在很大程度上受到加工技術(shù)的影響。如何利用不同的加工方法與工藝改善材料的表面完整性已成為一研究熱點(diǎn)。AZ31B鎂合金因其低密度和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn),在汽車(chē)和航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,但其表面完整性卻不盡如人意。不佳的表面完整性已成為阻礙鎂合金更進(jìn)一步廣泛利用的一大因素。而通過(guò)改變加工條件則可以改善這一現(xiàn)狀。另外,為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料消耗、時(shí)間等成本,在金屬切削領(lǐng)域中,利用數(shù)值模擬的仿真模型來(lái)研究金屬切削過(guò)程的實(shí)例在不斷增加。在金屬切削建模與仿真的研究上,有限元的應(yīng)用則最為廣泛。本文以AZ31B鎂合金的切削過(guò)程為研究對(duì)象,完成了干切削及在液氮環(huán)境中的低溫切削實(shí)驗(yàn),建立了金屬正交切削的有限元模型,利用正交試驗(yàn)法確定各試驗(yàn)組的切削參數(shù),利用仿真模型計(jì)算得到各組切削參數(shù)下的切削力、表面殘余應(yīng)力等結(jié)果,最后通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算研究各切削工藝參數(shù)以及冷卻條件對(duì)工件表面完整性和切削單元能耗的影響趨勢(shì)及影響顯著性。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:首先,完成了AZ31B鎂合金的干切削以及液氮噴射的低溫切削實(shí)驗(yàn)。測(cè)量切屑的形狀,切削力以及已加工表面的殘余應(yīng)力,用于之后校核驗(yàn)證仿真模型。實(shí)驗(yàn)通過(guò)分別單獨(dú)改變切削速度、切削深度、刀具前角、刃口半徑以及冷卻條件的方法,研究了冷卻條件和切削工藝參數(shù)對(duì)表面完整性的影響趨勢(shì)。其次,建立了AZ31B鎂合金的正交切削有限元模型。研究了AZ31B鎂合金材料的本構(gòu)模型和破壞模型以及切削仿真設(shè)計(jì)中切屑和刀具的摩擦模型。根據(jù)材料的破壞特性,在ABAQUS軟件中建立了AZ31B鎂合金正交切削的有限元模型;做進(jìn)一步二次開(kāi)發(fā),利用編程,完成了低溫切削的仿真模型。利用仿真模型的輸出結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證。第三,提出了基于仿真模型的正交試驗(yàn)法,用以研究各工藝參數(shù)對(duì)金屬已加工表面完整性的影響顯著性。本文采用四因素五水平正交試驗(yàn),分別在干切削和低溫切削條件下進(jìn)行仿真試驗(yàn)計(jì)算,應(yīng)用仿真結(jié)果,分析各個(gè)切削工藝參數(shù)對(duì)表面完整性的影響趨勢(shì)及顯著性。最后,研究了切削單元能耗。直接建立切削單元能耗和主切削力之間的關(guān)系,利用仿真模型結(jié)果中的主切削力,計(jì)算各試驗(yàn)組的切削單元能耗值。再次運(yùn)用正交試驗(yàn)法,得出各工藝參數(shù)對(duì)切削單元能耗的影響趨勢(shì)與顯著性。
[Abstract]:Surface integrity has great influence on the performance and fatigue life of machined parts. The surface integrity is greatly affected by the processing technology. How to improve the surface integrity of materials by different processing methods and processes has become a research hotspot. AZ31B magnesium alloy has been widely used in automotive and aviation fields because of its low density and high strength. But its surface integrity is not satisfactory. Poor surface integrity has become a major obstacle to the wider use of magnesium alloys. By changing the processing conditions, this situation can be improved. In addition, in order to save experimental equipment, material consumption, time and other costs, in the field of metal cutting, the use of numerical simulation model to study the metal cutting process examples are increasing. Finite element method is widely used in metal cutting modeling and simulation. In this paper, the cutting process of AZ31B magnesium alloy is studied, the experiments of dry cutting and low temperature cutting in liquid nitrogen environment are completed, the finite element model of metal orthogonal cutting is established, and the cutting parameters of each test group are determined by orthogonal test method. The simulation model is used to calculate the cutting force and surface residual stress under various cutting parameters. Finally, the influence trend and significance of various cutting process parameters and cooling conditions on the surface integrity of workpiece and the energy consumption of cutting unit are studied by mathematical statistical method. The research work of this paper mainly includes the following aspects: firstly, dry cutting of AZ31B magnesium alloy and low temperature cutting experiment of liquid nitrogen injection have been completed. The shape, cutting force and residual stress of the machined surface were measured to verify the simulation model. The influence of cooling conditions and cutting process parameters on the surface integrity was studied by changing the cutting speed, cutting depth, cutting tool angle, cutting edge radius and cooling conditions separately. Secondly, the orthogonal cutting finite element model of AZ31B magnesium alloy is established. The constitutive model and failure model of AZ31B magnesium alloy and the friction model of chip and tool in cutting simulation design were studied. The finite element model of orthogonal cutting of AZ31B magnesium alloy is established in Abaqus software, and the simulation model of low temperature cutting is completed by further development and programming. The accuracy of the model is verified by the output of the simulation model and the experimental results. Thirdly an orthogonal test method based on simulation model is proposed to study the effect of various process parameters on the surface integrity of metal machined. In this paper, four factors and five levels orthogonal test are used to calculate the simulation results under the condition of dry cutting and low temperature cutting respectively. Using the simulation results, the influence trend and significance of each cutting process parameter on the surface integrity are analyzed. Finally, the energy consumption of cutting unit is studied. The relationship between the energy consumption of the cutting unit and the main cutting force is established directly. The energy consumption of the cutting unit in each test group is calculated by using the main cutting force in the results of the simulation model. The influence trend and significance of each process parameter on the energy consumption of cutting unit were obtained by orthogonal test method.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.22;TG506

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本文編號(hào)：2080033