本文關(guān)鍵詞：7075-T6鋁合金微銑削力及加工工藝的研究

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【摘要】：在智能化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用的今天，各行各業(yè)對微型精密零件的需求也越來越多樣化，微細(xì)銑削以其特有的優(yōu)勢成為國內(nèi)外研究的熱點。微細(xì)銑削技術(shù)相對于其他的微細(xì)加工技術(shù)而言，擁有如下的優(yōu)勢：可在金屬和非金屬材料上加工復(fù)雜的三維形狀，且對加工環(huán)境要求低。由于微型產(chǎn)品的去毛刺工藝尚不成熟，對于微細(xì)銑削加工而言，一次加工達(dá)到要求的精度至關(guān)重要，這就需要針對不同的加工材料有不同的最優(yōu)化的微銑削工藝參數(shù)。為此，本文通過研究分析微銑削加工機(jī)理，建立微銑削力的理論模型和ABAQUS有限元仿真模型，并以HASS VF-2機(jī)床為基礎(chǔ)，組建微銑削實驗系統(tǒng)，進(jìn)行不同切削參數(shù)的微銑削實驗。最后將微銑削實驗結(jié)果與理論模型和仿真模型進(jìn)行比較，驗證模型的可行性。通過對7075-T6航空鋁合金進(jìn)行微銑削實驗，研究工藝參數(shù)對微銑削力和微槽槽頂毛刺尺寸的影響規(guī)律，為微銑削工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。本文的主要研究內(nèi)容如下： （1）考慮尺寸效應(yīng)的微銑削有限元模擬仿真 采用有限元軟件ABAQUS/EXPLICT進(jìn)行7075-T6航空鋁合金的微銑削模擬仿真，將應(yīng)變梯度塑性理論引入到7075-T6航空鋁合金的Johnson-Cook（J-C）本構(gòu)方程中，來表示材料在微細(xì)銑削過程中的變形特性，計算出微銑削過程中的應(yīng)變率，利用修正后的J-C本構(gòu)模型模擬出微細(xì)銑削存在尺寸效應(yīng)這一特性。通過MATLAB繪制出修正的J-C本構(gòu)模型的應(yīng)力-應(yīng)變-溫度的關(guān)系曲線，并將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ABAQUS軟件中，進(jìn)行考慮尺寸效應(yīng)現(xiàn)象的微銑削過程的有限元模擬仿真。利用二維有限元模擬仿真了微細(xì)銑削過程中的應(yīng)力和力與刀具切削刃半徑的關(guān)系，結(jié)果表明應(yīng)力和力隨切削刃半徑的增大而增大。通過三維有限元模擬仿真研究了微銑削力與主軸轉(zhuǎn)速、每齒進(jìn)給量以及軸向切削深度的關(guān)系，研究表明微銑削力隨主軸轉(zhuǎn)速的增大而減小，隨每齒進(jìn)給量的增大而先減小后增大，隨軸向切削深度的增大而增大。 （2）考慮尺寸效應(yīng)和刀具偏擺的微銑削力理論模型 本文考慮微銑削加工過程中刀具偏擺的影響，建立了一種新的瞬態(tài)切削厚度理論計算模型，該模型能夠體現(xiàn)出瞬態(tài)切削厚度隨刀具旋轉(zhuǎn)角度的變化而變化的特點。將幾種瞬態(tài)切削厚度模型進(jìn)行對比研究，結(jié)果表明考慮刀具偏擺的瞬態(tài)切削厚度模型更加接近真實情況。在計算微銑削力時，應(yīng)用了考慮刀具偏擺的瞬態(tài)切削厚度，并同時考慮了犁切力、流動應(yīng)力和彈性恢復(fù)的影響，建立了滿足微銑削特點的微銑削力理論模型。最后，用直徑為0.1mm的日進(jìn)刀具進(jìn)行微銑削實驗，將相同條件下得到微銑削力的實驗值與理論值進(jìn)行比較，，進(jìn)一步驗證考慮尺寸效應(yīng)和刀具偏擺影響的微銑削力理論模型的可行性。 （3）微銑削工藝參數(shù)的研究 采用0.1mm日進(jìn)銑刀進(jìn)行正交實驗，研究了微銑削工藝參數(shù)對微銑削力、扭矩和槽頂毛刺的影響情況，實驗結(jié)果表明通過對工藝參數(shù)的優(yōu)化能夠達(dá)到減小微銑削力和槽頂毛刺的目的。
【關(guān)鍵詞】：J-C本構(gòu) 刀具偏擺 尺寸效應(yīng) 微銑削力 仿真與實驗
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG54
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 主要符號說明及單位12-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景及意義15-17
• 1.1.1 課題研究背景15-17
• 1.1.2 課題研究意義17
• 1.2 微細(xì)銑削的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 微細(xì)銑削的研究進(jìn)展17-18
• 1.2.2 微銑削加工機(jī)理的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.3 論文的主要工作21-23
• 第二章 7075-T6 航空鋁微銑削力有限元仿真與分析23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 工件材料的本構(gòu)方程23-29
• 2.2.1 微切削的 Johnson-Cook（J-C）材料本構(gòu)模型23-25
• 2.2.2 Johnson-Cook 模型的修正25-26
• 2.2.3 考慮最小切削厚度的材料本構(gòu)模型26-27
• 2.2.4 基于修正 J-C 本構(gòu)方程的 7075-T6 航空鋁合金的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系27-29
• 2.3 微銑削模擬仿真29-32
• 2.3.1 刀具的幾何模型29-31
• 2.3.2 刀具與工件材料的參數(shù)31
• 2.3.3 網(wǎng)格劃分及材料失效準(zhǔn)則31-32
• 2.3.4 摩擦模型32
• 2.4 尺寸效應(yīng)的研究32-36
• 2.4.1 尺寸效應(yīng)現(xiàn)象32-35
• 2.4.2 切削刃半徑對微銑削力的影響35-36
• 2.4.3 切屑形成的研究36
• 2.5 三維模擬仿真36-38
• 2.6 仿真結(jié)果與分析38-41
• 2.6.1 微銑削力與軸向切削深度的關(guān)系38-40
• 2.6.2 微銑削力與每齒進(jìn)給量的關(guān)系40-41
• 2.7 本章小結(jié)41-43
• 第三章 考慮刀具偏擺的微銑削力理論模型43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 考慮刀擺的瞬態(tài)切削厚度44-47
• 3.2.1 微銑削刀尖運動軌跡44-45
• 3.2.2 瞬態(tài)切削厚度理論模型45-47
• 3.3 考慮刀具偏擺的瞬態(tài)切削厚度模型的分析47-50
• 3.3.1 三種不同瞬態(tài)切削厚度模型47-48
• 3.3.2 瞬態(tài)切削厚度的影響因素48-49
• 3.3.3 瞬態(tài)切削厚度對微銑削力的影響49-50
• 3.4 微銑削力的理論模型50-54
• 3.4.1 微單元切削力模型50-51
• 3.4.2 微單元的正壓力（N）和摩擦力（F）51
• 3.4.3 剪切面上的流動應(yīng)力51
• 3.4.4 犁切力51-52
• 3.4.5 彈性恢復(fù)52
• 3.4.6 微單元的切向和徑向分力52-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 7075-T6 航空鋁微銑削力的實驗研究55-71
• 4.1 引言55
• 4.2 實驗系統(tǒng)55-61
• 4.2.1 實驗條件55-58
• 4.2.2 實驗步驟58-59
• 4.2.3 微銑削力數(shù)據(jù)采集與處理59-61
• 4.3 實驗驗證61-65
• 4.3.1 刀具偏擺對微銑削力的影響61-63
• 4.3.2 理論和仿真模型的驗證63-65
• 4.4 微銑削單因素實驗65-70
• 4.4.1 軸向切削深度對微銑削力的影響66-67
• 4.4.2 進(jìn)給量對微銑削力的影響67-69
• 4.4.3 主軸轉(zhuǎn)速對微銑削力的影響69-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第五章 7075-T6 航空鋁微槽銑削工藝參數(shù)優(yōu)化71-81
• 5.1 引言71
• 5.2 微銑削正交實驗71-74
• 5.2.1 實驗因素與指標(biāo)71
• 5.2.2 正交實驗表的設(shè)計71
• 5.2.3 實驗設(shè)計71-73
• 5.2.4 槽頂毛刺的測量73-74
• 5.3 實驗結(jié)果分析74-80
• 5.3.1 切削參數(shù)對微銑削力的影響76-77
• 5.3.2 切削參數(shù)對槽頂毛刺和綜合指標(biāo)的影響77-79
• 5.3.3 工藝參數(shù)的優(yōu)化79
• 5.3.4 切削液對槽頂毛刺的影響79-80
• 5.4 本章小結(jié)80-81
• 第六章 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 論文主要工作總結(jié)81
• 6.2 主要創(chuàng)新點81
• 6.3 工作展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 附錄89-91
• 致謝91-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：722610