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薄壁零件加工变形的预测及其仿真研究

作　者: 韩丽丽
导　师: 卢泽生
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 薄壁零件加工变形残余应力有限元法
分类号: TG506.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 203次
引　用: 4次
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内容摘要

随着航空航天技术的快速发展,为了降低成本,提高航空器的使用寿命,对零件性能的要求越来越高。由于薄壁零件具有重量轻、韧性强、结构紧凑等优点,近年来在航空航天、精密仪器等行业得到了广泛的应用。然而由薄壁零件的结构决定,其刚度低,屈强比大,加工过程中受残余应力、切削力、切削热等的作用容易产生变形,影响零件加工精度和使用效果。因此加工变形的控制是保证薄壁零件精度的关键,对其的研究具有重要的意义。本文针对这个问题,对薄壁零件加工变形的影响因素进行了系统的分析研究。首先,总体阐述了加工过程中初始残余应力、切削力等对薄壁零件加工变形的影响,提出了相应的控制变形措施。其次,针对上述因素对薄壁零件加工变形的影响进行了深入的分析。研究了初始残余应力及加工过程中热力载荷在工件内的分布规律,并据实际加工情况,对切削力模型进行了改进。利用弹塑性理论和赫兹接触理论,建立了基于初始残余应力、切削力、切削热等因素的薄壁零件加工变形的预测模型,研究了这些因素与残余应力及零件加工变形的关系。再次,采用通用有限元软件ABAQUS,使用生死单元法模拟了切削过程,进一步分析了上述各种因素对薄壁零件加工变形的影响规律,并与理论预测结果进行了比较,验证了理论预测模型的正确性,得出了一系列结论。最后,改进了实验系统使用的机床,设计了磁性联轴器和卡盘结构。针对铝合金薄壁零件进行了切削变形的实验。采用超声振动时效去除薄壁零件残余应力的办法,研究分析了残余应力引起的零件变形与时效时间的关系,为以后进行薄壁件的精度控制提供了一定的理论依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  8
  1.2 薄壁零件加工变形的影响因素  8-12
    1.2.1 薄壁零件的特点  8
    1.2.2 薄壁零件加工变形的影响因素  8-10
    1.2.3 零件加工变形的危害  10-11
    1.2.4 零件加工变形的控制措施  11-12
  1.3 国内外零件加工变形研究现状  12-15
    1.3.1 国外零件加工变形的研究现状  12-13
    1.3.2 国内零件加工变形的研究现状  13-15
  1.4 本课题的主要研究内容  15-16
第2章零件加工变形预测模型的建立  16-31
  2.1 引言  16
  2.2 初始残余应力引起零件加工变形的预测模型建立  16-19
    2.2.1 模型建立的前提条件  16
    2.2.2 初始残余应力引起零件变形预测模型建立  16-19
  2.3 加工残余应力引起零件变形预测模型的建立  19-30
    2.3.1 二维正交模型中切削力的计算  19-21
    2.3.2 切削力模型的改进  21-23
    2.3.3 工件表面温升的计算  23-24
    2.3.4 加工残余应力预测模型的建立  24-29
    2.3.5 加工变形预测模型的建立  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章零件加工变形的仿真研究  31-40
  3.1 引言  31
  3.2 有限元模型的建立  31-33
    3.2.1 材料的去除  32
    3.2.2 载荷的施加  32-33
  3.3 有限元仿真结果及分析  33-39
    3.3.1 初始残余应力对加工变形的影响  33-35
    3.3.2 切削参数与初始残余应力对零件加工变形影响对比分析  35
    3.3.3 切削速度对加工变形的影响  35-36
    3.3.4 背吃刀量对加工变形的影响  36-38
    3.3.5 进给量对加工变形的影响  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章零件变形的实验研究  40-48
  4.1 引言  40
  4.2 实验系统使用机床的改进  40-44
    4.2.1 磁性联轴器的设计  40-43
    4.2.2 卡盘的设计  43-44
  4.3 实验及结果分析  44-47
    4.3.1 测量原理  44-46
    4.3.2 实验结果及分析  46-47
  4.4 本章小结  47-48
结论  48-49
参考文献  49-54
致谢  54

薄壁零件加工变形的预测及其仿真研究

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