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LY12合金高速切削仿真及残余应力分布研究

作　者: 郭淼
导　师: 刘泓滨
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 高速切削 LY12硬铝合金残余应力仿真
分类号: TG506.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

铝合金由于其优良的材料性能,在工程领域被广泛使用,但由于对用铝合金制造的复杂和精密零件进行加工时,因铝合金在常规切削条件下容易发生变形而不能满足精密加工需要。高速切削加工是当代机械加工的重要发展方向之一,其小切削、高速度、快速进给的加工方法在精密零件的加工中已得到了广泛应用。在铝合金精密零件的高速切削中,加工完成后工件的变形和表面质量对零件的使用性能会产生很大的影响。而工件表面的残余应力在很大程度上又决定了工件的表面质量。本论文以LY12硬铝合金的高速切削为研究对象,在其切削过程的研究基础上,进一步分析了经高速切削后铝合金表面残余应力的分布规律,从而为研究其加工后的变形、表面加工质量及切削参数优化提供了理论依据。本论文对高速切削过程中的刀具与切屑进行了热——力耦合分析,构建了适用于高速切削的扩展Oxley切削模型。应用ABAQUS软件,对不同切削参数下LY12硬铝合金的高速切削过程进行了二维正交切削仿真,研究了其切削力、切削温度的变化趋势。通过切削完成后将刀具从被加工工件表面卸载的方法,得到了工件表面残余应力的分布结果。在二维仿真的基础上,建立了三维斜角切削模型,并对三维切削中接触条件的设定进行了分析,模拟了切削中一个重要参数——刃倾角对切削中各变量的影响。本论文探讨了LY12硬铝合金材料高速切削过程和残余应力分布的研究方法,为研究其他材料的高速切削过程和残余应力分布状态提供了一种思路。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 高速切削加工工件残余应力研究意义  9-11
    1.2.1 高速切削加工特点及硬铝合金的切削加工性能  9-10
    1.2.2 研究残余应力分布的意义  10-11
  1.3 国内外铝合金高速切削及切削残余应力研究现状  11-14
    1.3.1 国内外铝合金高速切削技术的应用  11-12
    1.3.2 当前国内外铝合金高速切削技术的研究  12-13
    1.3.3 切削残余应力的国内外研究现状  13-14
  1.4 金属切削过程中使用的有限元模拟流程  14-16
  1.5 课题的研究意义、内容及方法  16-17
    1.5.1 课题的研究意义及内容  16-17
    1.5.2 课题的研究方法  17
  1.6 本章小结  17-19
第二章 Oxley切削模型及第三变形区热-力耦合分析  19-33
  2.1 工件已加工表面形成过程  19-20
  2.2 切削模型及简化方式  20-22
    2.2.1 Oxley切削模型  20-21
    2.2.2 高速切削特性及其简化  21-22
  2.3 加工表面的应力分析  22-26
  2.4 被加工工件表面的温度场分析  26-31
    2.4.1 工件表面热量的来源及特点  26-27
    2.4.2 工件表面温度场分析模型  27-29
    2.4.3 刀-工接触区的热力耦合分析  29-31
  2.5 本章小结  31-33
第三章 LY12铝合金二维正交切削有限元仿真  33-47
  3.1 有限元的基本理论及LY12材料性质  33-35
    3.1.1 有限元理论的基本思想  33
    3.1.2 LY12硬铝合金基本属性及切削加工性能  33-35
  3.2 二维切削有限元仿真中的关键技术  35-38
    3.2.1 正交模型的建立  35-36
    3.2.2 切削仿真过程中的关键技术  36-38
  3.3 LY12切屑的成型过程  38-40
  3.4 LY12切削力的仿真  40-44
    3.4.1 刀具前角对切削力的影响  41-42
    3.4.2 背吃刀量对切削力的影响  42-43
    3.4.3 刀尖圆角半径对切削力的影响  43-44
  3.5 LY12切削温度的仿真  44-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章 LY12硬铝合金高速切削加工残余应力的研究  47-59
  4.1 高速切削残余应力产生机理  47-48
  4.2 LY12高速切削加工表面残余应力的仿真  48-53
    4.2.1 切削区应力的分布  48-50
    4.2.2 已加工表面残余应力的获得  50-53
  4.4 影响残余应力的各种因素分析  53-57
    4.4.1 切削速度对残余应力的影响  53-55
    4.4.2 背吃刀量对残余应力的影响分析  55-56
    4.4.3 刀尖圆角半径对残余应力的影响  56-57
    4.4.4 最大残余应力值分布的统计  57
  4.6 本章小结  57-59
第五章 LY12三维斜角切削过程的仿真  59-69
  5.1 三维斜角切削机理  59-60
  5.2 三维切削模型的建立  60-62
    5.2.1 模型的建立和网格的划分  60
    5.2.2 模型接触条件的设定  60-62
  5.3 三维切削的仿真结果与讨论  62-68
    5.3.1 刃倾角对LY12切屑成型的影响以及实验分析  62-65
    5.3.2 刃倾角对LY12切削力的影响  65-66
    5.3.3 刃倾角对LY1 2切削温度的影响  66-67
    5.3.4 刃倾角对LY12切削残余应力的影响  67-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章结论与展望  69-71
  6.1 结论  69
  6.2 创新点  69-70
  6.3 展望  70-71
致谢  71-73
参考文献  73-77
附录攻读硕士阶段发表的论文  77

LY12合金高速切削仿真及残余应力分布研究

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