基于DEFORM的高速切削加工分析及切削参数优化

摘要

切削加工是利用切削刀具切除多余材料的加工方法，切削加工过程复杂，切削变形的程度、切削力的大小、切削温度的高低、刀具的磨损状态及加工效率等，都是切削加工过程中需要密切关注的问题。切削力，在很大程度上影响着加工质量、加工效率及生产加工成本，因此对切削加工过程分析及对切削参数优化研究有着非常重要的意义。然而在实际生产加工中，对切削加工过程中参数及条件的确定，大多依靠自己以往的经验，如何确定最佳切削条件，一直是制造界普遍关心和需要解决的问题。为了研究切削加工过程，传统的切削实验，存在着实验周期长、花费大等缺点。随着计算机技术及有限元理论的进一步研究与发展，在计算机上模拟切削加工过程并获取切削相关实验结果成为了可能。
　　本文首先以金属切削理论及有限元技术为基础，以工艺仿真系统DEFORM软件为分析平台，对切削加工过程进行有限元建模，包括仿真材料模型的设定、几何建模、网格的划分与重划以及切削参数的设置等。其次在特定条件下对切削过程进行切削仿真，观察和分析在不同仿真参数条件下的切削过程与仿真结果。然后以切削用量参数作为优化变量，以切削力、材料的去除率等作为目标函数，数学建模后以MATLAB作为数据处理平台对切削参数进行优化，得出较为合理的切削用量参数参考。最后在MAZAK多功能数控机床上进行了切削实验，实验表明基于DEFORM的切削过程仿真结果与实验具有一致性，说明优化后的切削用量参数值具有一定的实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本课题研究的内容与方法

1．4 本章小结

第2章 金属高速切削加工原理及有限元方法的基本理论

2．1 金属切削成型基本理论

2．1．1 金属切削变形过程的原理与基本特征

2．1．2 金属切削过程中的变形区

2．2 高速切削机理及关键技术

2．2．1 高速切削加工的定义

2．2．2 高速切削加工的关键技术

2．2．3 高速切削加工的优越性

2．2．4 高速切削加工过程中的切削力

2．2．5 高速切削加工过程中的切削热

2．3 有限元方法

2．3．1 有限元技术的基本理论

2．3．2 有限元技术在金属切削加工过程中的应用

2．4 本章小结

第3章 基于DEFORM的Ti-6Al-4V切削过程有限元求解及分析

3．1 钛合金TC4的物理性能及化学成份

3．2 有限元切削仿真软件DEFORM简介

3．3 DEFORM中切削过程模型的建立及关键技术

3．3．1 材料模型

3．3．2 切削几何模型的建立

3．3．3 工件网格的划分及其自动重划技术

3．3．4 其它仿真参数设置

3．3．5 接触模型和摩擦模型的特性

3．3．6 切削分离原则

3．3．7 刀具的磨损

3．4 切削力分析及有限元模型有效性的验证

3．4．1 切削力的有效性验证

3．4．2 切削用量与切削力的关系

3．4．3 刀具角度与切削力的关系

3．5 应力场、应变场分析

3．6．温度场分析

3．7 切屑形成的分析

3．8 本章小结

第4章 基于遗传算法的切削参数优化

4．1 切削参数优化的意义

4．2 多目标优化基本理论

4．3 遗传算法的基本理论

4．4．切削用量优化模型的建立

4．4．1 优化变量

4．4．2 优化目标函数

4．4．3 约束条件

4．5 优化模型的求解与结果分析

4．6 本章小结

第5章 钛合金切削试验验证

5．1 试验条件

5．1．1 切削材料

5．1．2 高速切削车床及刀具

5．2 试验方案

5．2．1 切削温度的测量

5．2．2 切削力的获取

5．3 切削试验结果与仿真计算结果的数值对比

5．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果