基于仿真的AZ31B鎂合金低溫切削的表面完整性及能耗研究.pdf

1、表面完整性對(duì)金屬加工的機(jī)械部件的性能和疲勞壽命有很大的影響。而表面完整性又在很大程度上受到加工技術(shù)的影響。如何利用不同的加工方法與工藝改善材料的表面完整性已成為一研究熱點(diǎn)。AZ31B鎂合金因其低密度和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在汽車和航空領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但其表面完整性卻不盡如人意。不佳的表面完整性已成為阻礙鎂合金更進(jìn)一步廣泛利用的一大因素。而通過改變加工條件則可以改善這一現(xiàn)狀。另外，為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料消耗、時(shí)間等成本，在金屬切削領(lǐng)域中，利用

2、數(shù)值模擬的仿真模型來研究金屬切削過程的實(shí)例在不斷增加。在金屬切削建模與仿真的研究上，有限元的應(yīng)用則最為廣泛。
　　本文以AZ31B鎂合金的切削過程為研究對(duì)象，完成了干切削及在液氮環(huán)境中的低溫切削實(shí)驗(yàn)，建立了金屬正交切削的有限元模型，利用正交試驗(yàn)法確定各試驗(yàn)組的切削參數(shù)，利用仿真模型計(jì)算得到各組切削參數(shù)下的切削力、表面殘余應(yīng)力等結(jié)果，最后通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算研究各切削工藝參數(shù)以及冷卻條件對(duì)工件表面完整性和切削單元能耗的影響趨勢及影響

3、顯著性。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　　首先，完成了AZ31B鎂合金的干切削以及液氮噴射的低溫切削實(shí)驗(yàn)。測量切屑的形狀，切削力以及已加工表面的殘余應(yīng)力，用于之后校核驗(yàn)證仿真模型。實(shí)驗(yàn)通過分別單獨(dú)改變切削速度、切削深度、刀具前角、刃口半徑以及冷卻條件的方法，研究了冷卻條件和切削工藝參數(shù)對(duì)表面完整性的影響趨勢。
　　其次，建立了AZ31B鎂合金的正交切削有限元模型。研究了AZ31B鎂合金材料的本構(gòu)模型和破壞模型以及切削

4、仿真設(shè)計(jì)中切屑和刀具的摩擦模型。根據(jù)材料的破壞特性，在 ABAQUS軟件中建立了AZ31B鎂合金正交切削的有限元模型；做進(jìn)一步二次開發(fā)，利用編程，完成了低溫切削的仿真模型。利用仿真模型的輸出結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果進(jìn)行模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證。
　　第三，提出了基于仿真模型的正交試驗(yàn)法，用以研究各工藝參數(shù)對(duì)金屬已加工表面完整性的影響顯著性。本文采用四因素五水平正交試驗(yàn)，分別在干切削和低溫切削條件下進(jìn)行仿真試驗(yàn)計(jì)算，應(yīng)用仿真結(jié)果，分析各個(gè)切削工