薄壁零件数控加工的有限元分析

发布时间：2017-05-26 06:16

  本文关键词：薄壁零件数控加工的有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了有效控制薄壁零件在加工过程中的变形,提高薄壁件的装配性能。本文对薄壁零件数控加工过程进行了有限元分析。本文分析并确定残余应力是影响薄壁件加工变形最重要的原因,而引起残余应力变化的主要原因是切削力、切削热引起工件的热塑性变形。通过对常用的航空薄壁类结构与特点进行分析,确定出本文所研究的工件结构。分析了残余应力对工件变形的作用机理。对切削力的计算方式及影响切削力的因素进行了研究,并阐述了圆周铣削的原理。对金属切削原理进行详细研究,分析出金属的切削过程是一个强热力耦合的过程。最后,总结出本文用到的主要有限元仿真理论为材料Johnson-Cook本构模型、材料失效分离准则、摩擦模型、局部网格划分等。使用ABAQUS的显示动力学模块(Explicit)对薄壁工件进行了二维切削加工仿真,分析了切削过程中刀具与工件的应力场、应变场、温度场的变化及切屑的成形过程。将圆周铣削演变为变厚度三维斜角切削。对切削力与切削温度的分布规律进行了详细的分析,并对切屑的形成过程进行了模拟,验证了仿真的真实性。使用ABAQUS建立了悬壁件三维铣削模型。对圆柱铣刀侧铣薄壁件的整个过程进行仿真,确定了残余应力的分布范围,对工件已加工表面上,沿宽度方向上一定范围内X、Y、Z方向上节点的残余应力分布云图及整个工件表面残余应力分布云图进行了研究。对刀具刀尖位置与工件已加工表面的温度变化规律进行了分析。最后从切削深度、切削速度、进给速度以及走刀路径四个方面分别论述了减小工件变形的方法。
【关键词】：薄壁零件 加工变形 残余应力 热力耦合 有限元分析
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659;TB115
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 薄壁零件的特点及其变形的原因9-12
• 1.2.1 薄壁零件的特点9-10
• 1.2.2 引起薄壁工件变形的因素10-12
• 1.2.3 簿壁件加工变形的危害12
• 1.3 国内外零件加工变形研究现状12-13
• 1.3.1 国外薄壁零件加工变形的研究现状12-13
• 1.3.2 国内薄壁零件加工变形的研究现状13
• 1.4 本课题的主要研究内容13-15
• 2 薄壁零件结构及其切削变形机理15-24
• 2.1 薄壁结构15-17
• 2.2.1 薄壁件让刀现象分析15
• 2.2.2 薄壁件的结构特点和分类15-17
• 2.2 金属切削的变形过程17-18
• 2.3 切削力分析18-20
• 2.3.1 切削力的计算18-19
• 2.3.2 切削力分析19-20
• 2.4 切削热与切削温度分析20-21
• 2.5 铣削加工分析21-22
• 2.5.1 铣刀的介绍21
• 2.5.2 铣削方式21-22
• 2.6 立铣削加工特点22-23
• 2.7 本章小结23-24
• 3 薄壁零件切削变形的有限元仿真技术24-30
• 3.1 引言24
• 3.2 仿真软件介绍24-25
• 3.3 热力耦合有限元控制方程25-26
• 3.4 切削热的传导26-27
• 3.5 材料Johnson—Cook本构模型27-28
• 3.6 材料失效分离准则28
• 3.7 摩擦模型28-29
• 3.8 局部网格的划分29
• 3.9 本章小结29-30
• 4 薄壁零件二维切削加工有限元仿真30-38
• 4.1 引言30
• 4.2 铝合金材料二维切削有限元仿真30-37
• 4.2.1 材料模型30-31
• 4.2.2 二维几何模型31-32
• 4.2.3 切削仿真结果分析32-37
• 4.3 本章小结37-38
• 5 薄壁零件三维斜角切削有限元仿真技术38-45
• 5.1 引言38
• 5.2 有限元模型的建立38-42
• 5.3 仿真模拟与实验结果分析42-44
• 5.3.1 切屑形成过程模拟42-43
• 5.3.2 切削温度模拟43-44
• 5.4 本章小结44-45
• 6 薄壁零件加工变形有限元仿真45-57
• 6.1 引言45
• 6.2 薄壁零件加工变形有限元模型45-47
• 6.3 数值模拟结果分析47-54
• 6.3.1 已加工表面残余应力模拟分析48-52
• 6.3.2 铣削温度模拟分析52-53
• 6.3.3 铣削加工变形模拟分析53-54
• 6.4 薄壁件加工变形控制方法54-56
• 6.4.1 轴向切深的选择54
• 6.4.2 进给速度的选择54
• 6.4.3 走刀路径的选择54-55
• 6.4.4 高速切削加工55-56
• 6.5 本章小结56-57
• 7 结论与展望57-59
• 7.1 结论57
• 7.2 展望57-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文62-63
• 致谢63-65

【参考文献】

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本文编号：395931