纯铁薄壁零件车削残余应力及变形研究

摘要

纯铁材料具有优良的电磁性能，因此广泛应用于电工电子、国防、航空航天等领域中。对于由纯铁材料制成的薄壁零件，一方面由于纯铁材料的高塑性，切削加工性能较差，影响零件的表面质量和性能，另一方面由于薄壁的特征，在加工过程中易发生变形，而残余应力的重分布是造成零件加工变形的重要原因。因此，本文以纯铁薄壁零件为研究对象，通过理论分析、有限元仿真和实验测试等方法，研究了纯铁车削加工产生的残余应力，并分析了加工残余应力的重分布对薄壁零件变形的影响规律，为改进纯铁薄壁零件的加工工艺提供参考，具体的研究内容如下： （1）采用AdvantEdge有限元软件，建立了纯铁正交切削仿真模型，对影响纯铁加工残余应力的热力载荷进行了分析。基于切削机理，建立了正交切削中等效热力载荷的解析模型。在此基础上，考虑车削加工中刀尖圆角的影响，确定了车削加工过程中等效热力载荷和切削参数之间的函数关系。 （2）建立了基于等效热力载荷的纯铁车削加工残余应力仿真模型。为了量化等效热力载荷，开展实际切削实验，测试了切削力系数、切屑变形系数、第三变形区刀具-工件接触长度以及热分配系数等相关参数，为仿真模型提供数据基础。通过仿真模型获得了纯铁加工残余应力沿深度方向和进给方向的三维分布。 （3）开展了纯铁车削加工残余应力的测试实验，并将测试结果和仿真结果进行对比，验证了加工残余应力仿真模型的准确性。此外，通过实验探究了切削参数以及刀尖圆角、刀具涂层对加工残余应力的影响规律。 （4）基于映射法，建立了加工残余应力造成的薄壁球壳变形仿真模型。针对薄壁球壳车削加工过程，考虑了切削速度对加工残余应力的影响，构建了球壳加工表面上速度相关的非均匀加工残余应力场，对加工残余应力造成的球壳变形进行了预测。在此基础上，探究了不同切削参数下的加工残余应力对球壳加工变形的影响规律。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 加工残余应力的产生机理及影响因素

1.2.2 加工残余应力的预测方法

1.2.3 残余应力导致的薄壁零件变形

1.3 论文主要研究内容及结构

2 车削加工过程中的热力载荷建模与分析

2.1 正交切削的有限元仿真分析

2.1.1 正交切削仿真模型的建立

2.2.1 仿真模型中热力载荷分析

2.2 正交切削的等效热力载荷解析建模

2.2.1 等效力载荷建模

2.2.2 等效热载荷建模

2.3 车削加工的等效热力载荷建模

2.4 本章小结

3 基于等效热力载荷的加工残余应力仿真模型

3.1 模型概述

3.1.1 有限元模型的建立

3.1.2 等效热力载荷的加载

3.2 相关参数的实验标定

3.2.1 实验材料及设备

3.2.2 参数标定过程及结果

3.3 有限元仿真结果

3.3.1 仿真模型的参数设置

3.3.2 仿真结果分析

3.4 本章小结

4 纯铁车削加工残余应力的实验研究

4.1 加工残余应力的测试方法

4.1.1 X射线衍射法测试基本原理

4.1.2 实验方案和测试设备

4.1.3 测试结果和仿真结果的对比

4.2 切削参数对加工残余应力的影响

4.2.1 基于正交设计的试验方案

4.2.2 实验结果分析

4.3 刀具参数对加工残余应力的影响

4.3.1 刀尖圆角对加工残余应力的影响

4.3.2 刀具涂层对加工残余应力的影响

4.4 本章小结

5 加工残余应力对纯铁薄壁球壳变形的影响

5.1 基于映射法的变形仿真模型

5.1.1 映射法的基本原理

5.1.2 轴对称模型中映射法的实现过程

5.2 薄壁球壳变形仿真模型的建立

5.2.1 薄壁球壳加工残余应力场的构建

5.2.2 仿真模型的建立过程

5.3 仿真结果分析

5.3.1 加工不同表面时对加工变形的影响

5.3.2 切削参数对加工变形的影响

5.4 本章小结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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