模具钢多轴球头铣削过程几何及表面形貌研究

摘要

球头铣刀高速铣削技术以其高效率、高灵活性以及高加工精度等特点，在航空航天、能源动力、模具等制造领域应用广泛。本文针对模具钢的球头高速铣削，通过建立刀具-工件作用区域模型，结合仿真和实验，研究了不同的走刀方式、斜面倾角及切削参数对切屑形成、切削力、切削温度及加工表面质量的影响，为多轴球铣切削参数优化提供理论依据。
　　 采用几何解析方法，建立了刀具-工件作用区域模型，求解了球头铣削斜面时不同走刀方式下避免刀尖参与切削的斜面倾角范围。结合球头铣刀刃线结构特点，研究了不同走刀方式下最大有效切削速度随斜面倾角的变化规律。利用计算机辅助造型技术，研究了每个切削周期内刀具-工件接触长度及切屑截面积随刀具转角的变化规律。
　　 通过有限元仿真模拟了球头铣削过程中切屑的形成过程。结合实验研究了不同走刀方式及斜面倾角条件下的切屑形态，并发现在切屑顶端由于有效切削速度较大而产生大量切削热，形成了熔融后凝固的球状颗粒。
　　 基于对刀具-工件作用区域的分析，结合仿真和实验研究了球头铣削过程中切削力随走刀方式、斜面倾角及切削参数的变化规律，结果表明:每个切削周期内切削力的变化趋势与切屑截面面积随刀具转角的变化趋势完全吻合。研究了走刀方式对工件温度和切屑温度的影响，结果表明:斜坡上坡逆铣时的工件温度和切屑温度均较低。
　　 在刀具-工件作用区域、切屑形成过程以及切削力和切削温度的研究基础上，采用铣削实验进一步研究了走刀方式、斜面倾角及切削参数对加工表面形貌的影响。结果表明:斜面倾角增大，隆起和侧流现象减弱，表面质量趋好;表面粗糙度随着径向切削深度和每齿进给量的增大而增大，随着主轴转速的升高而减小;斜坡上坡顺铣倾角为32°的斜面时的表面粗糙度最小。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．1．1 模具钢的性能及应用

1．1．2 球头铣刀多轴高速铣削的特点及应用

1．2 国内外研究现状及存在问题

1．2．1 球头铣削刀具-工件作用区域

1．2．2 球头铣削切屑形成机理

1．2．3 球头铣削切削力

1．2．4 球头铣削表面形貌及粗糙度

1．2．5 存在的主要问题

1．3 课题研究意义及研究内容

第2章 球头铣削加工过程几何研究

2．1 球头铣刀几何模型

2．2 球头铣刀切削过程几何分析

2．2．1 不同走刀方式下避免刀尖参与切削的几何分析

2．2．2 不同走刀方式的有效切削速度

2．3 刀具-工件作用区域几何模型

2．3．1 刀具-工件作用区域几何分析

2．3．2 刀具-工件作用区域各参量的时变性

2．3．3 刀具位姿对刀具-工件作用区域的影响

2．4 本章小结

第3章 模具钢斜面铣削切屑形成过程研究

3．1 切屑的形成

3．1．1 切屑的形成机理

3．1．2 切屑形成的影响因素

3．2 切屑形成的有限元仿真研究

3．2．1 有限元模型

3．2．2 仿真结果分析

3．3 切屑形成的实验研究

3．3．1 实验条件及方案

3．3．2 实验结果分析

3．4 本章小结

第4章 模具钢斜面铣削时切削力及切削温度研究

4．1 切削力与切削温度仿真研究

4．1．1 切削力仿真结果分析

4．1．2 切削温度的仿真研究

4．2 切削力实验验证及分析

4．2．1 实验条件与方案

4．2．2 实验结果分析

4．3 本章小结

第5章 模具钢斜面铣削表面形貌实验研究

5．1 实验条件

5．2 表面粗糙度实验研究

5．2．1 斜面倾角对表面粗糙度的影响

5．2．2 走刀方式对表面粗糙度的影响

5．2．3 切削参数对表面粗糙度的影响

5．3 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢