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

【摘要】：表面完整性對金屬加工的機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。AZ31B鎂合金因其低密度和高強度等優(yōu)點,在汽車和航空領域有著廣泛的應用,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一步廣泛利用的一大因素。而通過改變加工條件則可以改善這一現狀。另外,為了節(jié)約實驗設備、材料消耗、時間等成本,在金屬切削領域中,利用數值模擬的仿真模型來研究金屬切削過程的實例在不斷增加。在金屬切削建模與仿真的研究上,有限元的應用則最為廣泛。本文以AZ31B鎂合金的切削過程為研究對象,完成了干切削及在液氮環(huán)境中的低溫切削實驗,建立了金屬正交切削的有限元模型,利用正交試驗法確定各試驗組的切削參數,利用仿真模型計算得到各組切削參數下的切削力、表面殘余應力等結果,最后通過數理統(tǒng)計方法計算研究各切削工藝參數以及冷卻條件對工件表面完整性和切削單元能耗的影響趨勢及影響顯著性。本文的研究工作主要包括以下幾個方面: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驗。測量切屑的形狀,切削力以及已加工表面的殘余應力,用于之后校核驗證仿真模型。實驗通過分別單獨改變切削速度、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對表面完整性的影響趨勢。其次,建立了AZ31B鎂合金的正交切削有限元模型。研究了AZ31B鎂合金材料的本構模型和破壞模型以及切削仿真設計中切屑和刀具的摩擦模型。根據材料的破壞特性,在ABAQUS軟件中建立了AZ31B鎂合金正交切削的有限元模型;做進一步二次開發(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果和實驗的測量結果進行模型的準確性驗證。第三,提出了基于仿真模型的正交試驗法,用以研究各工藝參數對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,分別在干切削和低溫切削條件下進行仿真試驗計算,應用仿真結果,分析各個切削工藝參數對表面完整性的影響趨勢及顯著性。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系,利用仿真模型結果中的主切削力,計算各試驗組的切削單元能耗值。再次運用正交試驗法,得出各工藝參數對切削單元能耗的影響趨勢與顯著性。
[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.
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22;TG506

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本文編號：2080033