本文關鍵詞：不銹鋼材料車削加工的實驗研究與有限元仿真

  更多相關文章： 不銹鋼 切削仿真 表面質(zhì)量 預測模型 參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：因其良好的機械性能和化學性質(zhì),不銹鋼材料在各行各業(yè)中都有著非常廣泛的應用。尤其在石油天然氣鉆采及儲運裝備中大量使用著不銹鋼材料。但是,從現(xiàn)場使用情況來看,不銹鋼零件的加工表面質(zhì)量對其抗腐蝕性能和疲勞壽命具有較大的影響,由于加工質(zhì)量而導致不銹鋼制品失效的現(xiàn)象屢屢發(fā)生。然而,不銹鋼材料塑性大、硬度高、加工硬化現(xiàn)象嚴重使其在切削加工過程中表面質(zhì)量難以提高。論文以AISI304不銹鋼為研究對象,對其不同切削參數(shù)下的切削性能進行了實驗研究與有限元分析,得出了在滿足表面質(zhì)量要求前提下具有最高加工效率的參數(shù)組合。 首先通過調(diào)研大量國內(nèi)外對金屬切削進行的研究,分析了金屬切削仿真的關鍵技術。在此基礎上,利用有限元分析軟件Abaqus建立了YW2硬質(zhì)合金刀具車削304不銹鋼的二維正交切削有限元模型,模擬分析了切削力、切削溫度、切屑形態(tài)和加工殘余應力隨切削參數(shù)和刀具幾何參數(shù)的變化規(guī)律。 為研究不銹鋼材料加工表面質(zhì)量隨切削參數(shù)的變化規(guī)律,同時驗證有限元模型的準確性,進行了304不銹鋼的車削實驗,得到了正交實驗條件下表面粗糙度值和加工硬化層厚度值,并分析了切削參數(shù)和刀具幾何參數(shù)對其影響規(guī)律；同時將獲得的主切削力值與仿真值進行對比,驗證了有限元模型的正確性。 以中心復合實驗設計方法實設計了面向表面粗糙度值和加工硬化層厚度的車削實驗并以實驗數(shù)據(jù)為基礎,通過多項式響應面方法擬合出表面粗糙度和加工硬化層厚度的預測模型。 以預測模型為約束條件,以金屬切除率為目標函數(shù),以切削用量的取值范圍為邊界條件,通過多島遺傳算法進行了面向已加工表面質(zhì)量的切削參數(shù)優(yōu)化,得到了在相應約束值下的最優(yōu)切削參數(shù)組合。
【關鍵詞】：不銹鋼 切削仿真 表面質(zhì)量 預測模型 參數(shù)優(yōu)化
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG51
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-16
• 1.1 研究的背景8-9
• 1.2 金屬切削加工國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 不銹鋼材料切削性能研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 金屬切削的有限元仿真研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 金屬切削參數(shù)優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容及研究思路14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第2章 金屬切削加工理論基礎16-22
• 2.1 金屬切削過程16-17
• 2.2 切削力分析17-19
• 2.3 切削溫度分析19-21
• 2.4 殘余應力的產(chǎn)生與消除21
• 2.4.1 殘余應力的產(chǎn)生21
• 2.4.2 殘余應力的消除21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第3章 304不銹鋼車削過程有限元仿真22-47
• 3.1 304不銹鋼車削有限元仿真有限元模型的建立22-28
• 3.1.1 材料本構關系22-24
• 3.1.2 材料損傷斷裂模型24
• 3.1.3 切屑分離準則24-25
• 3.1.4 接觸摩擦模型25-26
• 3.1.5 熱傳導控制及溫度邊界條件設定26-28
• 3.2 切削力有限元仿真結(jié)果28-33
• 3.2.1 切削過程中切削力時間歷程28-29
• 3.2.2 切削速度對主切削力的影響29-31
• 3.2.3 背吃刀量對主切削力的影響31-32
• 3.2.4 刀具前角對主切削力的影響32-33
• 3.3 切削溫度有限元仿真結(jié)果33-38
• 3.3.1 刀具前刀面溫度時間歷程33-34
• 3.3.2 刀具前刀面溫度分布與“月牙洼”磨損34-35
• 3.3.3 切削速度對切削溫度的影響35-36
• 3.3.4 背吃刀量對切削溫度的影響36-37
• 3.3.5 刀具前角對切削溫度的影響37-38
• 3.4 切屑形態(tài)有限元仿真結(jié)果38-42
• 3.4.1 切削速度對切屑形態(tài)的影響38-39
• 3.4.2 刀具前角對切屑形態(tài)的影響39
• 3.4.3 背吃刀量對切屑形態(tài)的影響39-40
• 3.4.4 卷屑槽對切屑形態(tài)的影響40-42
• 3.5 殘余應力有限元仿真結(jié)果42-44
• 3.5.1 殘余應力的提取42-43
• 3.5.2 切削用量與刀具角度對表面殘余應力的影響43-44
• 3.6 MISESS等效應力分析44-46
• 3.7 本章小結(jié)46-47
• 第4章 304不銹鋼車削實驗研究47-69
• 4.1 實驗系統(tǒng)與實驗裝置47-49
• 4.2 實驗方案設計與數(shù)據(jù)處理方法49-51
• 4.2.1 實驗方案設計49-50
• 4.2.2 數(shù)據(jù)處理方法50-51
• 4.3 實驗流程51-52
• 4.4 切削參數(shù)對切削力的影響52-56
• 4.4.1 切削力單因素實驗與結(jié)果分析52-54
• 4.4.2 切削力正交實驗及其結(jié)果分析54-56
• 4.5 切削參數(shù)對表面粗糙度的影響56-60
• 4.5.1 粗糙度單因素實驗及其結(jié)果分析56-58
• 4.5.2 粗糙度正交實驗與結(jié)果分析58-60
• 4.6 加工硬化層厚度分析60-67
• 4.6.1 加工硬化層厚度單因素實驗與結(jié)果分析60-65
• 4.6.2 加工硬化層厚度正交實驗與結(jié)果分析65-67
• 4.7 加工硬化程度分析67
• 4.8 本章小結(jié)67-69
• 第5章 基于響應面模型與遺傳算法的面向表面加工質(zhì)量的切削參數(shù)優(yōu)化69-85
• 5.1 多項式響應面方法基本理論69-72
• 5.2 切削加工表面質(zhì)量實驗設計與預測模型的建立72-80
• 5.3 面向表面加工質(zhì)量的切削參數(shù)優(yōu)化80-84
• 5.3.1 遺傳算法的基本原理80
• 5.3.2 遺傳算法的基本流程80-82
• 5.3.3 切削參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學模型82-83
• 5.3.4 切削參數(shù)優(yōu)化結(jié)果83-84
• 5.4 本章小結(jié)84-85
• 第6章 結(jié)論與展望85-88
• 6.1 結(jié)論85-86
• 6.2 展望86-88
• 致謝88-89
• 參考文獻89-93
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及參與的科研項目93

【參考文獻】

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本文編號：877281