6005A铝合金车体结构件高速铣削仿真及参数优化

论文摘要

6005A铝合金车体结构件的高速数控加工是CRH3车体生产线的关键工序之一,但加工过程中经常出现振动、打筋、刀具崩刃等现象,严重影响了整条CRH3车体生产线的生产能力,因此研究铝合金结构件的高速切削过程具有重要的实际意义。本文基于高速切削理论,利用弹塑性有限元技术和切削试验,对6005A铝合金及其结构件的高速切削过程进行了仿真研究。通过准静态压缩试验,获取了6005A铝合金材料的应力应变曲线,利用最小二乘法拟合出Johnson Cook流动应力模型中的材料参数,建立了6005A铝合金的材料模型,并通过加工试验进行验证。基于ABAQUS软件平台建立了直角切削、斜角切削和侧铣加工的有限元模型,模拟了6005A铝合金高速切削过程。通过直角切削仿真,分析了切削力、切削温度和刀具应力随前角和后角变化的规律,优化了刀具前角和后角；通过斜角切削仿真和侧铣加工仿真,研究了刃倾角和铣刀螺旋角对切削力的影响规律；分析表明铣削加工具有斜角切削的特性,铣刀螺旋角与斜角切削时刃倾角既有等效性,也有不同点；通过仿真分析结果,优化了铣刀的螺旋角,并通过切削力试验验证了侧铣加工模型的准确性和合理性。利用PRO/E软件建立了6005A铝合金结构件和螺旋立铣刀的几何模型。对6005A铝合金结构件的高速铣削过程进行了仿真,分析了结构件高速切削加工过程中的工件等效塑性应变和筋板变形情况。分析表明：随着刀具螺旋角和前后角的增大,切削力和筋板承受的冲击减小,已加工表面的最大等效塑性应变和筋板的变形量减小；使用前角、后角和螺旋角优化的铣刀进行结构件高速加工,已加工表面的等效塑性应变和筋板的变形量最小。因此,使用参数优化后的铣刀进行结构件加工能够有效的降低打筋的可能性,提高加工质量和效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 铝合金高速切削加工技术研究现状
• 1.2.1 高速切削技术的产生及发展
• 1.2.2 铝合金高速切削加工技术研究现状
• 1.3 铝合金切削加工有限元仿真技术
• 1.3.1 切削加工有限元仿真技术研究现状
• 1.3.2 有限元技术在铝合金切削加工中的应用
• 1.4 课题研究的主要内容
• 本章小结
• 第二章 高速铣削加工有限元分析的基础理论
• 2.1 高速切削加工技术的基础理论
• 2.1.1 高速切削变形过程
• 2.1.2 铣削加工及其特点
• 2.1.3 铣削力及铣削功率
• 2.2 直角切削概述
• 2.3 三维斜角切削理论
• 2.3.1 斜角切削及其优点
• 2.3.2 斜角切削的实际工作角度
• 2.3.3 斜角切削的切削变形和切削力
• 2.4 切削过程仿真的有限元技术基础
• 2.4.1 有限元法分析过程概述
• 2.4.2 弹塑性分析有限元基础
• 2.4.3 热力耦合有限元控制方程
• 本章小结
• 第三章 基于ABAQUS斜角切削有限元模型及其关键技术
• 3.1 ABAQUS软件介绍
• 3.2 切削加工模拟的关键技术
• 3.2.1 材料模型
• 3.2.2 切屑分离准则
• 3.2.3 刀—屑之间的摩擦
• 3.3 高速切削铝合金的刀具材料
• 3.4 6005A铝合金本构方程建立及试验验证
• 3.4.1 6005A铝合金材料基本性能
• 3.4.2 6005A铝合金的准静态压缩实验
• 3.4.3 6005A铝合金材料本构方程建立
• 3.5 斜角切削有限元模拟
• 3.5.1 斜角切削几何模型建立
• 3.5.2 斜角切削有限元模型
• 3.5.3 斜角切削模拟结果
• 3.6 切削试验验证材料模型
• 3.6.1 试验条件
• 3.6.2 试验结果分析及对比
• 本章小结
• 第四章 高速切削过程仿真及刀具参数优化
• 4.1 直角切削过程仿真
• 4.1.1 直角切削有限元模型
• 4.1.2 直角切削仿真条件
• 4.1.3 直角切削过程仿真及切削力分析
• 4.1.4 直角切削仿真切削温度分析
• 4.1.5 直角切削仿真刀具应力分析
• 4.1.6 刀具前后角优化
• 4.2 高速斜角切削有限元模拟
• 4.2.1 斜角切削仿真条件
• 4.2.2 斜角切削过程中的切削力分析
• 4.3 铝合金侧铣加工仿真及试验验证
• 4.3.1 铝合金侧铣加工仿真模拟条件
• 4.3.2 铝合金侧铣加工有限元模型
• 4.3.3 铝合金侧铣加工仿真切削力分析
• 4.4 铣刀螺旋角的优化及试验验证
• 4.4.1 铣刀螺旋角的优化
• 4.4.2 铣削加工试验
• 本章小结
• 第五章 结构件高速铣削过程仿真
• 5.1 铝合金结构件铣削过程有限元建模
• 5.1.1 铝合金结构件几何建模
• 5.1.2 铝合金结构件铣削过程有限元模型
• 5.2 结构件铣削过程仿真及分析
• 5.2.1 结构件铣削仿真条件
• 5.2.2 结构件铣削仿真结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢