本文關(guān)鍵詞：高速切削立銑刀力熱耦合作用破損機(jī)理研究

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【摘要】：在高速銑削過程中,刀具會受到較高的機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和熱沖擊等的影響,在高度非線性的不均勻動態(tài)力熱耦合作用下,極易發(fā)生破損,導(dǎo)致刀具徹底喪失切削能力,從而嚴(yán)重影響工件的加工質(zhì)量及加工效率等。目前針對刀具破損問題的研究主要存在以下問題:大部分的研究只僅限于單一的物理場(應(yīng)力場、溫度場);建立的模型一般也只是切削力、切削溫度的單一建模;建立的幾何模型往往是簡化的二維或者斜角模型,對于立銑刀的實體建模不精確,其受力或受熱的加載多為固定值或線性加載,且其加載位置離實際加工情況有很大差距;研究對象多為車刀、銑刀片等形狀較規(guī)則刀具。本文以高速銑削整體硬質(zhì)合金涂層立銑刀為研究對象,以動力學(xué)、刀屑摩擦和有限元理論為基礎(chǔ),結(jié)合實驗,創(chuàng)建高速銑削立銑刀力熱耦合作用下的動態(tài)銑削數(shù)值模型,通過對實驗和仿真結(jié)果的分析探討其力熱耦合作用下的破損機(jī)理。首先,分析了高速銑削過程中的摩擦學(xué)行為,重點分析了刀屑間的摩擦理論,并提出了將高速銑削中刀屑接觸面間的摩擦系統(tǒng)物理方程�；谟邢拊抡娣椒�,建立了高速銑削二維不等切削厚度的數(shù)學(xué)模型。從模擬結(jié)果,可以觀測到彎曲度較小的切屑形態(tài),驗證了粘結(jié)-滑移模型的可行性;體現(xiàn)出切屑應(yīng)力場分布的不均勻性以及刀具溫度場分布變化的情況,其最大溫度發(fā)生在刀尖或刀尖附近靠近主切削刃的地方。其次,建立了高速銑削立銑刀力熱耦合動態(tài)物理模型。基于逆向工程建立了立銑刀和工件的幾何模型,通過正交實驗得出仿真過程中的平均摩擦系數(shù),建立接近實際情況的動態(tài)仿真模型,分析了銑削過程銑削力、溫度場變化規(guī)律及切屑產(chǎn)生過程,揭示出在高速銑削中大量切削熱被切屑帶走的事實。通過模擬與實驗結(jié)果的對比分析證明了模型的正確性。接著,進(jìn)行了高速銑削的單因素和正交實驗。運用數(shù)理統(tǒng)計方法(方差和極差分析法)對銑削結(jié)果進(jìn)行了分析,得出了各銑削參數(shù)對銑削力和銑削溫度的影響規(guī)律以及力與溫度之間的相互影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)影響銑削力和銑削溫度的因素具有一致性,即銑削深度對兩者的影響顯著。最后,采用S-3400N-II掃描電子顯微鏡和S-4800高分辨掃描電鏡對實驗中的立銑刀進(jìn)行了破損形貌的觀測并分析了相關(guān)的破損機(jī)理。通過破損發(fā)生位置與銑削模擬過程中立銑刀溫度值產(chǎn)生最大位置(切削刃前、后刀面和刀尖)的對比分析,驗證了所建模型的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：高速切削 整體硬質(zhì)合金涂層立銑刀 力熱耦合 破損機(jī)理 數(shù)值模擬分析
【學(xué)位授予單位】：廣東海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG54
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題研究目的及意義9
• 1.2 內(nèi)外在該研究方向的研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 金屬切削過程中力熱耦合的數(shù)值模擬研究9-10
• 1.2.2 力熱耦合場建模及實驗研究10-12
• 1.2.3 高速切削加工中刀具破損機(jī)理研究分析12-13
• 1.3 課題來源和主要研究內(nèi)容13-15
• 1.3.1 課題來源13
• 1.3.2 課題主要研究內(nèi)容13-15
• 2 高速切削刀-屑接觸面摩擦系統(tǒng)建模研究15-23
• 2.1 高速切削概述15
• 2.2 高速切削刀具-切屑接觸區(qū)摩擦系統(tǒng)狀態(tài)理論分析15-18
• 2.2.1 高速切削過程摩擦學(xué)行為分析15-16
• 2.2.2 高速切削刀-屑間摩擦理論16-18
• 2.3 高速銑削刀具-切屑接觸區(qū)摩擦系統(tǒng)模型的確立18-22
• 2.3.1 高速銑削的二維模型18-19
• 2.3.2 高速切削仿真關(guān)鍵技術(shù)19-20
• 2.3.3 高速銑削二維有限元模型的實現(xiàn)20-21
• 2.3.4 仿真結(jié)果分析21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 高速銑削立銑刀的三維力熱耦合動態(tài)數(shù)值建模研究23-31
• 3.1 高速銑削力熱耦合數(shù)值模擬分析23-24
• 3.1.1 有限元分析軟件ABAQUS23
• 3.1.2 高速銑削刀具的力熱耦合效應(yīng)分析23-24
• 3.2 高速銑削過程中力熱耦合數(shù)值模型的建立24-26
• 3.2.1 立銑刀幾何模型的建立24-25
• 3.2.2 力熱耦合數(shù)值模型的建立25-26
• 3.2.3 摩擦模型在仿真中的應(yīng)用26
• 3.3 高速銑削力熱耦合數(shù)值模擬結(jié)果分析26-29
• 3.4 高速銑削實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比分析29-30
• 3.5 本章小結(jié)30-31
• 4 高速銑削立銑刀銑削力和銑削溫度的實驗研究31-48
• 4.1 銑削實驗系統(tǒng)和方案31-36
• 4.1.1 實驗加工系統(tǒng)31
• 4.1.2 高速銑削實驗設(shè)計31-34
• 4.1.3 銑削實驗方案34-36
• 4.2 高速銑削的實驗結(jié)果與分析36-42
• 4.2.1 銑削實驗數(shù)據(jù)的采集與處理36-37
• 4.2.2 單因素實驗結(jié)果與分析37-41
• 4.2.3 正交實驗結(jié)果41-42
• 4.3 銑削力與銑削溫度特性相互影響分析42-47
• 4.3.1 方差分析法對銑削特性分析42-45
• 4.3.2 極差分析法對銑削特性分析45-46
• 4.3.3 銑削溫度和銑削力的經(jīng)驗公式擬合46-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 5 高速銑削立銑刀力熱耦合作用破損機(jī)理研究48-55
• 5.1 立銑刀高速破損機(jī)理分析48-53
• 5.1.1 立銑刀失效過程中銑削溫度的演變分析48-50
• 5.1.2 立銑刀破損形態(tài)及機(jī)理分析50-53
• 5.2 高速銑削立銑刀力熱耦合模型的驗證53-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 6 結(jié)論與展望55-57
• 6.1 結(jié)論55-56
• 6.2 存在的問題及展望56-57
• 參考文獻(xiàn)57-61
• 附錄61-63
• 致謝63-64
• 作者簡介64-65
• 導(dǎo)師簡介65

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 鄧振偉;于萍;陳玲;;SPSS軟件在正交試驗設(shè)計、結(jié)果分析中的應(yīng)用[J];電腦學(xué)習(xí);2009年05期

2 白萬金;吳紅兵;董輝躍;;斜角切削過程的三維熱—彈塑性有限元分析[J];計算機(jī)集成制造系統(tǒng);2009年05期

3 曾維林;吳連連;;高速切削加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J];機(jī)械研究與應(yīng)用;2008年05期

4 王霄;盧樹斌;高傳玉;;高速金屬切削的摩擦分析及有限元模擬[J];潤滑與密封;2007年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 柯志勇;熱管刀具切削加工的熱力耦合建模與測試研究[D];華南理工大學(xué);2012年

2 李大鵬;整體硬質(zhì)合金立銑刀高速切削溫度場建模及仿真研究[D];廣東海洋大學(xué);2013年

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本文編號：625215