采用多刃銑刀的航空鋁合金高速加工過程的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、在通過高溫拉伸實驗和高速壓縮實驗得到了鋁合金7050-T7451材料本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，論文進一步研究了鋁合金7050在臨近高速(線速度在6m/s～8m/s范圍內(nèi))銑削加工下的力學(xué)和熱學(xué)性能，為提高銑削加工效率，特別是提高金屬去除率，對采用不同銑刀刀具進行銑削加工以及加工時必然會產(chǎn)生的刀具磨損所帶來的一些影響做了較為深入的研究。 論文首先分析了常見的銑削加工模擬的方式：等效厚度法，變厚度法。 通過前人提出的基于待切削層面積

2、的等效厚度法，將銑削加工時的每齒進給量轉(zhuǎn)換為等效的切削厚度，在此基礎(chǔ)上進行二維有限元模擬，針對選取的幾組不同的刀具后刀面磨損程度VB值，分析了刀具后刀面磨損對于切削力、切削溫度、剪切角、有效應(yīng)力以及有效應(yīng)變等物理量的影響。 而對于變厚度法，論文在前人采用近似圓弧逼近加工軌跡銑削加工模型基礎(chǔ)上，修正為考慮銑刀刀尖真實運動軌跡即次擺線的幾何模型，從而同時考慮銑刀的旋轉(zhuǎn)和進給的復(fù)合運動，突破了原來近似圓弧模型的限制，避免了原模型在模擬

3、起始階段存在的理論誤差，擴大了有限元模擬的觀察時間范圍及實際對應(yīng)的銑刀連續(xù)旋轉(zhuǎn)角度，仿真結(jié)果也更加精確。 在此基礎(chǔ)上分析了采用二齒銑刀在等寬加工方式下的銑削力和銑削溫度以及有效應(yīng)力等變量。然后分別分析了采用三齒銑刀和四齒銑刀同樣在等寬槽銑加工方式下必然存在二個以上的刀刃同時加工對總的銑削力波形的變化和影響(這里的四齒銑刀包括直齒和螺旋齒兩種情況)。其他如切削溫度和有效應(yīng)力也進行了分析。這種方法雖然只分析了三齒和四齒，但作為基礎(chǔ)，

4、可以延展應(yīng)用到更為復(fù)雜的可能多至六刃以上刃數(shù)的面銑刀加工。其中的實際意義在于，金屬切除率的提高，一方面可以通過提升轉(zhuǎn)速和進給速度，另一方面還可以通過在不影響排屑的情況下適當(dāng)增加刀具上的刃數(shù)。而等寬方式作為最大徑向切深以及同時包含逆銑和順銑兩種方式的情況，一方面可以在粗銑加工采用，另一方面也是理論和實驗研究中?？紤]采用的一種加工方式。 在上述不同的具體情況中，論文采用了經(jīng)驗公式理論分析、力學(xué)建模、有限元模擬和銑削實驗驗證等相結(jié)合的

5、手段研究鋁合金7050-T7451加工中的銑削力和銑削溫度及有效應(yīng)力等物理量的變化規(guī)律，進一步了解了該材料的加工性能。在實驗中通過KISTLER測力儀測量銑削力三個方向的分力。實驗測量值與有限元模擬值得到了較好的一致，說明了論文所研究的鋁合金7050銑削加工過程仿真的有限元模型是成功的。 在二維有限元模型的基礎(chǔ)上，建立了螺旋刃銑刀加工鋁合金工件的三維有限元模型，對于螺旋刃銑刀分別在最大徑向切寬以及較大軸向切深兩個條件下銑削加工鋁