多硬度拼接淬硬钢球头铣削有限元仿真及实验研究

摘要

大型汽车覆盖件模具自由型面上存在大量沟槽、转角、凸起、凹陷，多采用整体和镶块式淬硬钢铣削加工而成，其制造难度大、加工质量和精度要求高。因此对拼接条件下淬硬钢的铣削特性进行研究具有十分重要的理论意义与应用价值。
　　 针对拼接条件下淬硬钢球头铣削过程中切削力、切屑形态、切削温度、切削振动以及工件表面质量等缺乏研究及理论指导等问题，本文进行了铣削过程的有限元仿真和拼接条件下的球头铣削淬硬钢的实验研究。本文的主要工作和成果如下：
　　 1.建立了球头铣刀的有限元模型，计算了球头铣刀的模态参数，进行了球头铣刀装夹条件下的模态实验，验证了有限元计算的正确性，得到了机夹式球头铣刀的较优悬伸量及模态参数，为优选铣削参数提供依据。
　　 2.建立了考虑刀具振动的铣削过程仿真有限元模型，分析了切削参数对切削力的影响，发现在锯齿形切屑形成的临界速度处切削力有较大变化，分析了切屑形态形成过程以及切屑温度的分布情况；
　　 3.进行了拼接条件下的淬硬钢球头铣削实验，分析了单一硬度拼接条件下的切削力、切屑形态并与仿真结果进行了对比，验证了仿真模型的正确性，分析了单一硬度拼接条件下和多硬度拼接条件下的切削振动，发现硬度对进给方向的振动信号影响较大，且多硬度拼接条件下的振动比单硬度拼接条件下的振动剧烈；
　　 4.对刀具磨损机理进行了分析，分析刀具磨损时的切削力及切屑形态，分析了切削参数、倾角以及过缝方式对表面质量影响，提出了拼接条件下的切削工艺参数的选用原则。