学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于光纤光栅的钻机钻头附近温度场测试技术

作　者: 洪俊
导　师: 余有龙
学　校: 合肥工业大学
专　业: 光电信息工程
关键词: 光纤光栅温度传感器钻削温度场有限元分析封装
分类号: TG52
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 1次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来，钻孔工序在航空航天、汽车制造、电子、医疗器械等领域应用广泛，孔加工量约占机械加工总量的30%。在金属钻削加工过程中，钻削温度是反映钻削性能的主要指标。钻削温度过高会影响刀具和工件材料的性能，钻头的磨损和使用寿命，而且影响积屑瘤的形成和大小，影响到切削力的变化和钻削时的振动，从而影响加工表面的质量。因此有必要对钻削过程中钻头温度进行实时的监测。钻削温度的在线检测一直是金属加工领域的研究热点。传统的理论分析算法复杂，接触过程不容易观察，采用直接测量的方法又可能对钻头及工件造成一定的破坏，试验数据准确性低。本文引入光纤光栅温度传感器测试钻头附近温度场分布，结合有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA仿真计算，反演估算钻头处温度变化。本文主要工作包括以下几个方面：1.研究金属钻削热的产生与传递理论，建立钻头、工件及切屑系统内的热传递公式，引入光纤光栅测量钻削温度场，介绍了光纤光栅的钻削场温度传感原理及测量中温度与应力交叉敏感问题。2.利用ANSYS有限元分析模拟软件，建立了金属钻削加工的有限元模型，进入LS-DYNA求解器，动态模拟了麻花钻的钻孔加工过程，分析预测了加工过程中工件的温度、应力分布，比较了不同进给速度和转速下的温度分布情况。3.采用光纤光栅作为温度传感器测量金属钻削加工中钻头附近温度场分布。对光纤光栅温度传感器进行微小管式封装，本文对传统封装方法进行了改良，通过实验对比证明其排除应力/应变对传感器的影响；搭建实验平台，选取Leadway450三向数控钻床，使用φ6HSS高速钢钻头，钻削长宽为140mm、厚度为5mm、20mm的方形工件，在工件侧面中线位置处垂直钻若干直径1mm的小孔，实验前将光纤光栅温度传感器置入孔中，对钻削过程中各测点温度进行实时监控；最后绘制各测点温度随时间变化曲线。单根光栅测温比较不同进给速度、转速、工件材质时工件测量点的最高温度，选定一组试验环境进行多根光栅测温，真实反映了钻进过程中工件附件温度场即时变化。实验所得结果与模拟仿真结果比较，相对误差10%左右。分析误差产生原因及展望如何提高系统的准确性。

全文目录

致谢  7-8
摘要  8-9
Abstract  9-16
第一章绪论  16-29
  1.1 课题研究背景及意义  16
  1.2 光纤光栅温度传感技术  16-23
    1.2.1 光纤光栅温度传感理论基础  17-18
    1.2.2 光纤光栅温度传感器的应用  18-20
    1.2.3 光纤光栅温度传感解调系统  20-21
    1.2.4 光纤光栅温度传感交叉敏感问题  21-23
  1.3 钻削温度场仿真与测量的研究现状  23-27
    1.3.1 钻削温度场仿真研究现状  23-24
    1.3.2 钻削温度场测量研究现状  24-27
    1.3.3 钻削温度场测量的发展前景  27
  1.4 本文的主要内容  27-29
第二章钻削温度场分布理论分析  29-34
  2.1 钻削热的产生及耗散模型  29-31
    2.1.1 钻削热产生区域和原因  29-30
    2.1.2 钻削热耗散途径及模型  30-31
  2.2 钻头、工件与切屑系统的传热分析  31-32
  2.3 本章小结  32-34
第三章钻削温度场有限元分析  34-47
  3.1 LS-DYNA 仿真的理论基础  34-35
  3.2 钻机钻孔 LS-DYNA 仿真模拟  35-40
    3.2.1 钻机钻孔的有限元模型及其网格划分  35-39
    3.2.2 定义接触  39-40
    3.2.3 加载计算  40
  3.3 钻机钻孔 LS-DYNA 仿真模拟结果  40-46
  3.4 本章小结  46-47
第四章钻机钻孔时光纤光栅测温试验  47-63
  4.1 光纤光栅温度传感器的封装与标定  47-49
  4.2 传统封装光栅与改良后封装光栅抗应变对比实验  49-50
  4.3 钻进过程中钻孔区域的温度监测实验  50-61
    4.3.1 实验系统简介  50-54
    4.3.2 单根光栅测温  54-59
    4.3.3 多根光栅测温  59-61
  4.4 实验误差分析  61-62
  4.5 本章小结  62-63
第五章总结与展望  63-64
  5.1 工作总结  63
  5.2 工作展望  63-64
参考文献  64-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67-68
附录  68-72

基于光纤光栅的钻机钻头附近温度场测试技术

内容摘要

全文目录

相似论文