针对铝硅合金ADC12的高速切削仿真及实验分析

摘要

采用铝硅合金ADC12制造的发动机缸体、缸盖具有重量轻、油耗少以及较好的导热性、抗磁性、抗饰性和机械加工性等优点。由于国内对铝硅合金ADC12的高速切削仿真及工艺技术研究欠缺，导致在实际生产中出现切削参数欠优化、机床利用率低、主轴转速偏低等一系列问题。本文针对某汽车发动机缸体、缸盖材料力学性能研究较少、切削参数及装夹方式欠优化等问题进行分析研究，为缸体、缸盖的加工提供理论和实验基础。主要研究内容如下:
　　针对铝硅合金ADC12进行了静态拉伸、压缩和动态拉伸、压缩实验研究，得出该材料在不同温度下和不同应变率下的应力、应变关系曲线，通过对他们进行综合分析，拟合出该材料的本构模型——Johnson-Cook本构模型参数，然后在有限元软件中对该合金材料进行准静态单向压缩仿真分析，得出其应力应变关系与实验值基本吻合，验证了其本构模型参数的有效性。
　　基于有限元软件ABAQUS建立了二维正交切削模型，采用更新的Lagrange模拟方法和热-力耦合有限元模型，使用已拟合出的Johnson-Cook本构关系模型以及合理的摩擦模型、切屑分离准则和有限元建模方法，对该材料在高速切削条件下的切削力、切削温度及切屑形状进行了有限元模拟分析，并分析讨论了切削参数对它们的影响规律，据此选出较优的切削参数。
　　通过高速铣削实验，对有限元仿真结果中的切削力和切屑形状进行了实验验证。当切削速度小于30m/s时，切削力随切削速度的增大而增大，切削速度增大到30m/s而继续增大时，切削力反而在逐渐减小;其切屑形状一直呈现带状。验证了实验结果与有限元仿真结果可以较好的吻合。
　　针对汽油机缸体、缸盖进行了基于夹具装夹方式的铣削实验，将缸体、缸盖通过不同的装夹方式（不同夹紧点和不同夹紧力）进行装夹，对缸体顶面和缸盖底面进行铣削，用百分表测其加工平面的平面度，经过对比分析得出了针对缸体、缸盖的最优的装夹方式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文选题背景及课题意义

1．2 高速切削数值模拟的研究现状

1．3 通过SHPB对材料动态力学性能的研究现状

1．4 论文的主要内容和结构

2 铝硅合金ADC12力学性能研究

2．1 铝硅合金ADC12的基本参数

2．2 铝硅合金ADC12的本构关系拟合

2．2．1 常温准静态实验

2．2．2 常温动态拉伸实验

2．2．3 高温准静态拉伸实验

2．2．4 压缩实验

2．3 ADC12合金J-C本构模型的验证

2．4 本章小结

3 铝硅合金ADC12二维切削仿真

3．1 有限元法与ABAQUS有限元分析软件

3．2 高速切削仿真建模过程分析

3．2．1 正交切削有限元模型

3．2．2 有限元切削模拟方法

3．3 前处理关键问题分析

3．3．1 本构方程与材料属性

3．3．2 网格划分与边界条件

3．3．3 切屑分离与摩擦模型

3．3．4 温度场与应力场的耦合

3．4 二维切削仿真结果分析

3．4．1 切削速度对切削力和切屑形状的影响

3．4．2 切削深度对切削力和切屑形状的影响

3．4．3 切削参数对切削温度的影响

3．5 本章小结

4 高速切削对比实验验证

4．1 切削力及切屑形状理论模型

4．1．1 切削力理论模型

4．1．2 切屑形状理论模型

4．2 高速铣削实验设计

4．2．1 实验系统

4．2．2 实验方法设计

4．2．3 铣削力的测量

4．3 切削力实验验证

4．3．1 铣削速度对切削力的影响

4．3．2 切削深度对切削力的影响

4．4 切屑形状实验验证

4．4．1 铣削速度对切屑形状的影响

4．4．2 铣削深度对切屑形状的影响

4．5 本章小结

5 发动机缸体缸盖高速铣削实验

5．1 实验方案设计

5．2 缸体铣削实验

5．2．1 夹紧点对缸体平面度的影响

5．2．2 夹紧力对缸体平面度的影响

5．3 缸盖铣削实验

5．3．1 夹紧点对缸盖平面度的影响

5．3．2 夹紧力对缸盖平面度的影响

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢