【摘要】：插銑作為一種新型的加工方式,因其加工時(shí)去除金屬余量較大、加工過(guò)程穩(wěn)定不易發(fā)生振顫等特點(diǎn),在航空航天、水力發(fā)電等行業(yè)得到了普遍的應(yīng)用。水輪機(jī)水斗部分的材料一般采用Cr13不銹鋼,被加工時(shí)消耗的能量大多轉(zhuǎn)化成熱能,長(zhǎng)期不合理使用會(huì)使刀具發(fā)生破損現(xiàn)象,影響工件加工精度,因此了解刀具的切削性能十分重要。但是目前對(duì)插銑刀具切削性能方面研究仍較少,本文主要對(duì)不同前角的插銑刀具進(jìn)行以下研究:首先,分析插銑加工時(shí)刀具切削區(qū)的溫度場(chǎng),根據(jù)插銑加工的特點(diǎn),基于熱源法建立有限大瞬時(shí)線熱源傳熱模型,基于反求法求解所需的熱源強(qiáng)度,分析切入和切出兩種不同狀態(tài)下刀具的溫度變化,根據(jù)插銑間斷式加工特點(diǎn)建立經(jīng)驗(yàn)公式,完成插銑切削時(shí)的瞬時(shí)切削力建模,基于有限元分析方法,完成強(qiáng)度理論分析,為后續(xù)仿真分析奠定理論基礎(chǔ),最后建立切削過(guò)程中的熱力耦合方程。其次,本文待插銑工件是水輪機(jī)水斗,其材料是Cr13不銹鋼,根據(jù)該材料熱強(qiáng)度較高易與刀具發(fā)生粘結(jié)破損等特點(diǎn),選擇合適的刀片與刀體材料,利用UG進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中包含刀具類型,幾何尺寸等,分別設(shè)計(jì)出前角為(+1°,-1°),(+3°,-3°),(+5°,-5°),(+7°,-7°)四種插銑刀具。再次,通過(guò)DEFORM模擬插銑加工過(guò)程,分析前角分別為°°+)1-,1(,°°+)3-,3(,°°+)5-,5(,°°+)7-,7(的四種刀片在相同切削條件下的切削力、切削溫度和刀具強(qiáng)度的關(guān)系,分析刀具前角對(duì)切削力、強(qiáng)度及溫度的影響規(guī)律,并且通過(guò)ANSYS進(jìn)行靜力學(xué)、熱應(yīng)力和刀具變形分析,得到刀具前角對(duì)刀具變形的影響和溫度場(chǎng)分布的情況,綜合選擇更有利于插銑加工的前角角度,并基于該角度,分析主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量、徑向切寬對(duì)刀具切削溫度和切削力的影響規(guī)律。最后,采用正交試驗(yàn)法,完成切削試驗(yàn),分析主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量和徑向切寬對(duì)切削力的影響規(guī)律,同DEFORM仿真分析結(jié)論對(duì)比,并建立插銑切削力預(yù)測(cè)模型。根據(jù)插銑加工過(guò)程中材料去除率最大和刀具變形量最小選取最優(yōu)切削參數(shù),進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn),觀察刀具磨損情況。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG714
【圖文】：

圖 1-2 葉輪圖片 圖 1-3 水輪機(jī)的水斗Fig.1-2 Integral impeller Fig.1-3 The pelton of turbine當(dāng)前，刀具材料通常采用的是硬質(zhì)合金及其涂層刀具，其擁有較高的韌抗彎強(qiáng)度，同時(shí)涂層部分的材料，耐高溫及耐磨損性能優(yōu)良，可以適用于齒進(jìn)給量和較大切削速度的情況。刀具和刀片的幾何形狀在很大程度上決

逡堵?圖 1-2)；水力發(fā)電中沖擊式水輪機(jī)關(guān)鍵部件水斗(圖1-3)，在刀具大懸深和加工條件不穩(wěn)定的情況下，極易發(fā)生振動(dòng)，而插銑切削方式是目前唯一的解決方法，盡量大的金屬去除率是插銑的最終目標(biāo)，其主要應(yīng)用場(chǎng)合是粗加工和半精加工，在反復(fù)插銑達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，刀具不斷地縮回和復(fù)位以便于下一次插銑時(shí)可迅速地從重疊走刀處去除大量金屬，無(wú)論對(duì)于大金屬量切削加工，還是對(duì)具有復(fù)雜幾何形狀的航空零件的加工，插銑都將是優(yōu)先考慮的加工方式。因其性能良好，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外專家的關(guān)注，但是由于這種加工方式出現(xiàn)時(shí)間短，關(guān)于其切削性能部分的研究仍然處于初級(jí)階段。

圖 1-4 水斗處產(chǎn)生振紋 圖 1-5 刀片發(fā)生破損Fig.1-4 Produce ripples at the bucket Fig.1-5 Blade broke 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2751880