多硬度拼接淬硬钢铣削过程稳定性研究

摘要

汽车覆盖件模具加工过程中，由于部分零件表面形状复杂多变，在局部位置上有特殊的硬度要求，致使模具型腔凹凸不平，需要根据零件不同部位受力、受热特征采用不同硬度的模具拼接而成，将不同硬度的镶块分离淬火后再拼接成整体件来保证拼接镶块的工艺性，并提升模具的使用寿命。由于拼接工件硬度差的影响致使铣削拼接过缝处时铣削力幅值明显变化并加剧振动，进而降低工件表面质量和刀具的使用寿命，如何在拼接过缝处平稳过渡是亟待解决的问题。基于以上问题本文主要围绕拼接处铣削力建模、铣削稳定性预测、硬度差与铣削过程振动特性相关性等问题展开研究，主要内容如下:
　　首先运用瞬时铣削力系数法来得到仿真所需的铣削力系数，通过铣削试验得到切削参数对瞬时铣削力系数的影响规律;结合模态理论分析与模态试验得到铣削系统的模态参数，为铣削动力学仿真提供基础。基于上述理论，深入研究了工件硬度差引起的突变力对拼接模具铣削过程的影响，将单自由度接触碰撞模型引入到铣削力建模中，来实现拼接处铣削力的预测，该模型为改善工件表面质量、提高切削效率和延长刀具使用寿命提供了理论依据。
　　其次根据球头刀铣削加工特点建立了铣削动力学模型以及拼接过缝处的瞬时切屑厚度模型，提出基于四阶Runge-Kutta的全离散法求解铣削动力学方程，基于瞬时铣削力系数法来得到拼接模具铣削过程上下限的多条稳定性预测曲线，在判断稳定区域时采用最小包络法，上下限各个稳定性叶瓣的最低包络点形成的最小包络叶瓣带作为最终的稳定边界，其结果指导大型汽车覆盖件铣削加工工艺参数选择提供理论依据。
　　最后基于铣削振动特性研究方法来研究硬度差与铣削过程振动特性的相关性，先后研究了铣削方向、走刀路径、硬度差以及切削参数对铣削过程振动特性的影响，可以根据上述研究结果选择合理的走刀路径以及切削参数来解决硬度差引起的铣削力突变问题，进而提高刀具使用寿命和拼接模具的表面精度，同时有助于大型汽车覆盖件模具加工的发展。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状及分析

1．2．1 铣削力建模研究

1．2．2 铣削力系数研究

1．2．3 铣削动力学研究

1．2．4 铣削稳定性预测方法研究

1．3 本文研究的主要内容

第2章 铣削力系数与模态参数的识别

2．1 铣削力系数识别

2．1．1 铣削力系数的研究方法

2．1．2 最小二乘法原理

2．1．3 瞬时铣削力系数法求解

2．2 铣削力系数辨识试验

2．3 切削参数对瞬时铣削力系数的影响

2．3．1 主轴转速的影响

2．3．2 每齿进给量的影响

2．3．3 铣削深度的影响

2．4 铣削系统模态分析

2．4．1 模态理论分析

2．4．2 试验模态分析

2．5 本章小结

第3章 考虑冲击因素的拼接模具铣削力建模

3．1 单自由度斜碰撞模型

3．1．1 法向接触力模型

3．1．2 切向接触力模型

3．2．1 球头铣刀几何模型

3．2．2 考虑冲击因素下拼接处铣削力模型

3．3 工件变形量获取试验

3．3．1 霍普金森压杆装置的原理及组成

3．3．2 霍普金森试验结果分析

3．4 铣削力的仿真与试验对比

3．5 本章小结

4．1 引言

4．2 铣削动力学建模

4．3 拼接过缝处切厚模型

4．3．1 铣削区域的划分

4．3．2 拼接过缝处的切削厚度

4．3．3 振动引起的动态切厚

4．4 铣削稳定性预测算法分析

4．5 多硬度拼接淬硬钢铣削稳定性分析

4．6 铣削稳定性预测结果的试验验证

4．7 本章小结

第5章 硬度差与铣削振动特性相关性及试验研究

5．1 振动特性研究方法

5．2 拼接模具铣削过程分析

5．2．1 铣削方向对拼接模具铣削过程的影响

5．2．2 走刀路径对拼接模具铣削过程的影响

5．3 硬度差对拼接模具铣削过程振动特性的影响

5．4 切削参数对拼接模具铣削过程振动特性影响

5．4．1 进给速度对拼接模具铣削过程影晌

5．4．2 铣削深度对拼接模具铣削过程影响

5．4．3 主轴转速对多硬度拼接拼接模具铣削过程影响

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢