6061铝合金高速铣削过程温度场及残余应力场研究

摘要

高速铣削作为一种先进的机械加工技术，具有效率高、精度高、成本低等优势，在飞行器制造、汽车制造与模具生产中得到广泛应用，高速铣削过程中的工件变形问题也得到越来越多的关注。影响高速铣削变形的因素很多，目前有研究人员从铣削参数、温度等方面对加工变形问题进行了研究，研究表明残余应力是引起工件变形的主要原因之一。本文以6061铝合金为研究对象，以更准确地预测高速铣削过程温度场及残余应力场为目的，结合铣削温度测量实验、铣削力测量实验以及加工后表面残余应力的测量实验，对铣削过程进行了有限元建模并验证了该模型的合理性。主要研究工作包括：
　　（1）针对工厂实际生产中的铣削参数，通过正交实验测得相应的铣削力数据，运用线性回归方法确定了铣削参数与铣削力间的经验公式，以方便对实际铣削过程中的铣削力进行估算，为铣削温度场的理论计算提供依据。
　　（2）基于热源法求解了高速铣削过程的温度场，并根据能量转化关系计算了铣削热的产生与分配。文中对铣削过程中的热源及传热条件作出合理简化，从而得出符合固体热传导定律的温度场解析解，在铣削参数、铣削力等条件已知的情况下，通过该解析解可以得到在任意时刻、任一点的温度升高值。
　　（3）采用盲孔法测量了加工后工件表面不同位置的残余应力值，为有限元模型的验证提供了实验依据。
　　（4）针对铣削过程中温度场与残余应力场的分布问题，考虑到二、三维模拟在求解成本上的差异，通过AB AQ US建立了两种有限元模型。根据铣削加工过程的特点，将铣削简化为平面应变问题，建立了二维热力耦合模型，得到温度场与残余应力场的分布。针对更真实的铣削条件，研究并建立了三维有限元模型，分析了温度对于模拟结果的影响。最终通过实验测量值与两种有限元模型求解结果的对比验证了有限元分析的可靠性。

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上海交通大学硕士学位论文答辩决议书

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第一章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2铣削过程工件变形的研究现状

1.3课题来源

1.4研究内容及研究方法

第二章 6061铝合金铣削力模型的建立

2.1引言

2.2建立铣削力模型的假设与经验公式

2.3铣削力模型实验

2.4小结

第三章 铣削过程中温度场的理论计算及实验测量

3.1引言

3.2铣削过程中的铣削热

3.3高速铣削温度场的计算分析

3.4铣削温度场的实验测量

3.5小结

第四章 板材加工后表面残余应力的测量

4.1引言

4.2铣削加工过程的残余应力

4.3工件加工后表面残余应力的测量

4.4小结

第五章 铣削加工过程的有限元模拟

5.1引言

5.2有限元法及相关软件简介

5.2基于ABAQUS的热-力耦合场的模拟

5.3基于ABAQUS的三维铣削过程的模拟

5.4小结

第六章 结论与展望

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已完成的论文与专利