薄壁件高速铣削加工变形误差预测及有限元分析

摘要

薄壁类零件广泛应用于航空航天、电子、模具等行业,在加工生产中一般采用数控铣削的加工方法,其中以高速铣削加工应用最为广泛。由于该类零件自身刚性差、加工工艺性差,在切削力、切削热、夹紧力、切削振颤等因素作用下极易发生变形、失稳和振动等问题,加工制造难度极大。切削加工过程中的变形问题成为影响零件加工精度和表面质量的关键因素,阻碍了制造业的发展。因此,研究薄壁件切削加工变形误差规律在理论研究和工程应用方面都具有重要价值。本文采用理论建模、有限元分析和实验研究相结合的方法,从金属切削加工机理入手,对于薄壁件的加工变形问题进行了深入的研究,主要解决了以下几个问题:
　　(1)分析了薄壁件的变形机理和影响变形的主要因素,因为铣削力是影响薄壁件变形的主要因素,所以对铣削力来源、影响因素、经验公式等进行了分析总结,并且对铣削方式和铣刀进行了综述。
　　(2)探索了切削加工模拟的关键技术,建立了二维切削加工有限元模拟,为薄壁件有限元分析的建模、网格划分、边界条件的设定以及载荷的施加提供了参考依据,同时建立了用于切削加工分析的立铣刀瞬态切削力模型。
　　(3)构建了薄壁件铣削加工分析模型,并以薄板作为薄壁件的研究实例,运用ABAQUS软件对其在铣削力作用下的变形进行有限元分析,结合经验公式和二维切削加工模拟两种方式确定了用于加载在薄板件上的铣削力大小,以此作为有限元分析时载荷施加的依据,来预测薄板加工变形误差,之后通过实验验证了有限元模型的有效性。
　　本研究属于应用基础性研究,在切削仿真和变形分析方面具有潜在的应用价值,同时,通过变行规律的分析得出一些具有指导意义的结论,为提高生产率和进一步研究控制薄壁件加工变形提供了依据。

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第一章 绪 论

§1-1 研究的目的及意义

§1-2 国内外研究现状综述

§1-3 薄壁件加工变形产生的原因

§1-4 课题研究内容

第二章 金属切削加工机理

§2-1 切削加工的基本机理

§2-2 切削力分析

§2-3 铣削和铣刀

§2-4 有限元软件ABAQUS

§2-5 本章小结

第三章 切削加工有限元模拟的分析

§3-1 切削加工模拟的关键技术

§3-2 二维切削过程的有限元模拟

§3-3 结果分析与讨论

§3-4 立铣刀瞬态铣削力模型

§3-5 本章小结

第四章 薄板件铣削加工变形误差预测

§4-1 薄板件铣削加工分析模型

§4-2 薄板件有限元模型的建立

§4-3 切削力及边界条件的施加

§4-4 薄板件变形预测

§4-5 本章小结

第五章 薄板件高速铣削实验验证

§5-1 实验准备

§5-2 实验方案

§5-3 结果对比与分析

§5-4 本章小结

第六章 结论与展望

§6-1 结 论

§6-2 展 望

参考文献

致谢