刀尖半径对7050铝合金薄壁件切削性能影响研究

摘要

薄壁件由于结构紧凑、质量较轻、整体性能较好、节约材料、外形美观等特点，所以在现代航空航天和国防工业中得到了广泛应用。但是另一方面，薄壁件的刚性差、易发生变形，因此加工难度大、良品率较低。国内外的学者，通过系统的理论分析，研究薄壁件的加工特性以及薄壁件质量控制方法。影响薄壁件质量有很多因素:工件的材料与结构、机床特性、装夹条件、残余应力和加工路径等。　　本文针对7050-T7451铝合金薄壁件进行铣削加工分析，通过斜角切削模型进行切削力的模型建立，并考虑刀尖半径对切削力模型的影响，建立有刀尖圆弧半径的切削力模型;根据传热学的理论，建立热源强度模型并计算切削温度场，传热模型可表示为:以一定的热流密度在长度内的倾斜线热源沿着切削速速的移动持续热源;以DL.Mc Dowel和S.Y.Liang的理论为基础，将温度考虑进去，建立残余应力模型，并根据公式将切削平面的残余应力转化到工件的坐标系中。　　为了对建立的数学模型进行验证，建立不同刀尖半径对7050-T7451铝合金薄壁件的切削三维模型，并通过ABAQUS有限元软件对模型进行模拟仿真。通过对切削过程中的X、Y和Z轴的切削力进行分析，得出切削过程切削力的随时间的变化规律;通过对切削表面与切削深度的S Mises应力进行分析，总结S Mises应力的分布规律，并对切削过程的X、Y和Z轴应力进行仿真;通过对切削表面与切削深度的温度进行分析，得到温度的分布仿真规律。　　为了对建立的模型进行验证，对仿真过程进行实验研究，建立三维力与温度的实时在线测量，并对切削表面残余应力、三维形貌、硬度和表面缺陷进行检测。通过改变刀尖半径与加工切削工艺参数，分析刀尖半径、进给量、转速、切削深度和切削宽度对7050-T7451铝合金薄壁件切削性能的影响。着重分析了刀尖半径对7050-T7451铝合金薄壁件的力、温度、残余应力和表面质量的影响，为实际加工提供参考依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 来源背景

1．2 国内外研究现状及趋势

1．2．1 切削加工数值模拟技术现状

1．2．2 薄壁件数值模拟研究现状

1．2．3 切削模型研究现状

1．3 薄壁件质量研究现状

1．3．1 薄壁件加工质量影响因素

1．3．2 薄壁件加工变形研究

1．3．3 薄壁件残余应力影响研究

1．4 论文研究内容

1．5 章节安排

第二章 薄壁件切削加工模型理论分析

2．1 引言

2．2 薄壁件切削力模型的建立

2．2．1 影响切削力的因素

2．2．1 斜角切削模型的建立

2．2．2 铣削力模型的建立

2．2．3 刀尖半径的切削力模型建立

2．3 薄壁件铣削温度计算模型

2．3．1 热源强度模型

2．3．2 铣削温度场计算

2．4 薄壁件残余应力计算模型

2．5 本章小结

第三章 薄壁件切削加工有限元模拟仿真

3．1 引言

3．2 ABAQUS有限元模型描述

3．2．1 ABAQUS介绍及运动方程

3．2．2 热力耦合有限元控制方程

3．2．3 有限元分析的基本步步骤及流程

3．3 薄壁件有限元模型建立

3．3．1 铣刀模型建立

3．3．2 材料模型建立

3．3．3 仿真格式设定

3．4 有限元仿真结果分析与讨论

3．4．1 求解结果说明

3．4．2 加工过程中的铣削力的分布

3．4．3 加工过程中切削温度

3．4．4 加工过程中的应力分布

3．5 本章小结

第四章 薄壁件切削实验平台与性能检测

4．1 引言

4．2 实验装置

4．2．1 实验机床

4．2．2 试验参数

4．3 切削力与温度测量方案

4．4 铣削表面残余力测量

4．5 薄壁件表面三维形貌测量

4．6 表面显微硬度测量

4．7 表面缺陷测量

4．7 本章小结

第五章 工艺参数对薄壁件切削性能实验探究与工艺优化

5．1 引言

5．2 工艺参数对薄壁件切削性能影响实验分析

5．2．1 进给量薄壁件切削性能影响实验分析

5．2．2 切削深度对薄壁件切削性能影响实验分析

5．2．3 切削宽度对薄壁件切削性能影响实验分析

5．2．4 主轴转速对薄壁件切削性能影响实验分析

5．3 刀尖半径对薄壁件切削性能影响实验分析

5．3．1 刀尖半径对薄壁件切削性能影响实验参数设定

5．2．2 刀尖半径对薄壁件力、温度和残余应力的影响

5．3．3 刀尖半径对薄壁件表面性能的影响

5．4 刀尖半径对薄壁件加工性能的优化原则

5．5 本草小结

第六章 总结与展望

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文

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