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铝合金高速切削加工机理的仿真研究

作　者: 刘庆涛
导　师: 姜增辉
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 切削温度切削力 Marc 7050-T7451 切屑
分类号: TG506.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 83次
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内容摘要

高速切削加工技术作为一种先进的制造技术，具有高去除率、高效率、低成本等优点，逐渐成为切削加工的主流。目前，高速切削加工技术的研究方法主要有切削试验法、数学模型和有限元法。由于高强度铝合金属于轻质材料，具有高强度、高硬度、易于高速切削加工等优点，在航空航天方面得到广泛应用。因此，本文基于有限元法，主要研究高强度铝合金7050-T7451在更高切削速度时，工件、刀具和切屑上的温度分布及变化规律，切削力的变化规律以及切屑的形成机理。利用大型通用有限元软件Marc中的热-机耦合场的求解方法，通过修改有限元模型中切削速度、切削深度、刀具前角、刀具后角、刀具刃口半径和摩擦系数，研究不同切削参数对7050-T7451的切削过程影响。利用数据分析软件OriginPro8.0绘制出不同切削参数下切削力和切削温度的变化曲线图，直观的反映出切削力和切削温度随不同切削参数变化的一般规律。通过分析切削速度与刀具前角对切屑形成的影响，找出7050-T7451切屑形状的成因，得出切屑的形成机理。研究表明，在切削速度较高时带状切屑变为波浪切屑，刀具前角较小时切屑的变形程度严重，比较容易出现波浪切屑。波浪切屑是由于应力集中区的滑移剪切带部分滑移引起的。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-14
第1章绪论  14-24
  1.1 选题依据  14-17
    1.1.1 高速切削加工的优越性  14-15
    1.1.2 铝合金材料的优越性  15-17
    1.1.3 有限元仿真技术的优越性  17
  1.2 国内外高速切削铝合金的研究现状  17-22
    1.2.1 国内高速切削铝合金的研究现状  17-20
    1.2.2 国外高速切削铝合金的研究现状  20-22
  1.3 课题研究的意义  22
  1.4 课题研究的主要内容  22-23
  1.5 本章小结  23-24
第2章高速切削有限元理论基础  24-41
  2.1 有限元非线性问题的分类  24-25
  2.2 基于 Marc 的高速切削几何非线性问题  25-29
    2.2.1 几何非线性的应变度量  25-27
    2.2.2 几何非线性的应力度量  27-29
  2.3 基于 Marc 的高速切削材料非线性问题  29-33
    2.3.1 弹塑性材料的塑性理论  29-33
    2.3.2 塑性求解过程和列式  33
  2.4 基于 Marc 的高速切削接触问题  33-36
    2.4.1 Marc 软件的接触算法  33-34
    2.4.2 接触算法的基本流程  34-36
  2.5 基于 Marc 的高速切削热-机耦合场理论  36-40
  2.6 本章小结  40-41
第3章高速切削有限元仿真系统的建立  41-54
  3.1 有限元软件的概述  41-44
    3.1.1 Marc 程序的结构特点  41-42
    3.1.2 Marc 软件的分析步骤  42-43
    3.1.3 Marc 稳定的求解技术  43-44
  3.2 铝合金 7050-T7451 的材料参数  44-48
    3.2.1 铝合金 7050-T7451 的物理特性  45
    3.2.2 铝合金 7050-T7451 的静态力学特性  45-46
    3.2.3 铝合金 7050-T7451 的动态力学特性  46-48
  3.3 硬质合金刀具的材料参数  48
  3.4 几何模型的建立  48-49
  3.5 摩擦模型的选择  49-50
  3.6 其他关键技术  50-52
    3.6.1 热边界条件  50
    3.6.2 刀-屑分离准则  50-51
    3.6.3 断裂准则的选择  51-52
    3.6.4 网格自适应与重划分  52
  3.7 切削模拟参数  52-53
  3.8 本章小结  53-54
第4章高速切削切削力和切削温度研究  54-72
  4.1 切削力与切削温度理论  54-59
    4.1.1 切削力的来源  54-55
    4.1.2 切削力的合成与分解  55
    4.1.3 切削力的仿真曲线图  55-57
    4.1.4 切削热的产生和传出  57-58
    4.1.5 切削温度的模拟图  58-59
  4.2 切削深度对切削过程的影响  59-61
    4.2.1 切削深度对切削力的影响  59-60
    4.2.2 切削深度对切削温度的影响  60-61
  4.3 刀具前角对切削过程的影响  61-64
    4.3.1 刀具前角对切削力的影响  61-62
    4.3.2 刀具前角对切削温度的影响  62-64
  4.4 刀具后角对切削过程的影响  64-66
    4.4.1 刀具后角对切削力的影响  64-65
    4.4.2 刀具后角对切削温度的影响  65-66
  4.5 刀具刃口半径对切削过程的影响  66-69
    4.5.1 刀具刃口半径对切削力的影响  66-68
    4.5.2 刀具刃口半径对切削温度的影响  68-69
  4.6 摩擦系数对切削过程的影响  69-71
    4.6.1 摩擦系数对切削力的影响  69-70
    4.6.2 摩擦系数对切削温度的影响  70-71
  4.7 本章小结  71-72
第5章高速切削切屑形成机理研究  72-80
  5.1 切屑的类型  72-73
  5.2 切屑的理论模型  73-74
  5.3 切屑的影响因素  74-77
    5.3.1 切削速度对切屑变形的影响  74-76
    5.3.2 刀具前角对切屑变形的影响  76-77
  5.4 铝合金切屑形成机理  77-79
    5.4.1 铝合金 7050-T7451 切屑形成过程  77-78
    5.4.2 铝合金 7050-T7451 切屑形成机理  78-79
  5.5 本章小结  79-80
结论  80-83
参考文献  83-89
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  89-90
致谢  90-91

铝合金高速切削加工机理的仿真研究

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