抛物线槽型深孔钻钻削力有限元分析和实验研究

摘要

随着机械制造业的快速发展,深孔加工在机械加工领域的重要地位更加显著。而普通麻花钻进行深孔钻削时,存在许多缺陷。这几年,国内外出现了不少厂商生产抛物线槽型深孔钻。该钻头具有良好的切削能力、排屑能力、刚性和稳定性。钻削力是伴随钻削过程的重要的物理现象之一。本文分别从有限元仿真及实验方面对抛物线钻钻削力进行了研究。
　　有限元仿真方面,利用UG软件建立不同几何参数的抛物线钻和普通麻花钻的三维实体模型。利用大型通用有限元软件ABAQUS,建立钻削过程有限元模型。有限元模型中,工件材料为球墨铸铁,选用了考虑加工过程中温度影响的Johnson-Cook本构模型,且以剪切损伤作为切屑分离准则。通过模拟获得不同钻头几何参数、不同切削用量及不同类型钻头的钻削力结果,分析了各因素对钻削力的影响趋势。且在相同切削参数下,抛物线钻钻削轴向力和扭矩均小于普通麻花钻,验证了抛物线槽型钻钻削性能的优越性。
　　实验方面,自制钻削测力仪,并进行工件为 Q235钢和球墨铸铁的钻削实验,获得各加工条件的钻削轴向力和扭矩,分析了各因素对钻削力的影响。通过实验结果得知,钻削两种工件材料时,均为顶角125°的抛物线钻轴向力较小。并将实验结果与仿真结果进行对比,定性分析表明实验结果与仿真结果一致,定量分析显示仿真结果与实验结果比较接近,证实了有限元仿真分析的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 钻削力组成

1.3 钻削力国内外研究现状

1.4 钻削过程有限元分析国内外研究现状

1.5 本文的主要研究内容

1.6 本章小结

第二章 抛物线槽型钻三维实体模型的建立

2.1 抛物线槽型钻概述

2.2 UG 环境下抛物线型钻三维建模原理

2.3 抛物线型钻和普通麻花钻的三维实体生成方法

2.4 本章小结

第三章 基于 ABAQUS 的钻削过程有限元仿真

3.1 有限元原理

3.2 弹塑性有限元法

3.3 ABAQUS 软件简介

3.4 有限元模型的建立

3.5 结果分析

3.6 本章小结

第四章 钻削实验

4.1 钻削力测力仪的自制

4.2 钻削测力仪的标定

4.3 实验装置

4.4 实验原理

4.5 实验结果处理及分析

4.6 实验结果与仿真结果对比

4.7 本章小结

第五章 结论

5.1 研究论文总结

5.2 展望

致谢

参考文献