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随着科技的进步,航空航天、能源及汽车等重要工业的迅速发展,产品的材料构成不断优化,新的工程材料不断涌现。由于材料的性能也各有不同,新型材料的使用对切削加工提出了新的要求。车削加工是金属切削加工最基础、应用最广的方法之一,切削力是车削加工过程中重要的物理参数,它对切削机理的研究,机床功率消耗的计算,机床、刀具、夹具的设计,合理切削用量的制定,刀具几何参数的优化等都有重要的参考作用,因此,对车削加工中的切削力进行研究具有重要的理论和实际意义。
本文基于有限元模拟方法和金属切削理论,以45#钢、TC4钛合金、1Cr18Ni9Ti不锈钢及30CrMnSiA钢等性能不同的材料的车削加工为对象,通过有限元模拟和试验研究,以获得三向切削力及其之间的比例关系,分析切削工艺参数对切削力的影响规律,为实际加工生产及工艺装备设计提供参考依据。
利用有限元软件--DEFORM-3D对4种材料分别建立车削加工有限元仿真模型,通过有限元仿真模拟计算,获得了车削过程切屑的形成过程的仿真结果及切削力随时间变化曲线。以此为基础,研究了不同切削工艺参数条件和不同材料特性下车削过程的仿真问题,得到了切削力的仿真结果以及切削力随切削工艺参数变化的规律。
进行了车削力试验研究,分析了切削用量和刀具角度等因素对切削力影响的规律,采用正交试验方法进行了切削力综合试验,通过正交回归分析,建立了4种材料的切削力预测模型,经显著性检验验证了其正确性,并分析总结出4种材料车削加工中三个方向切削力的比例关系。
将有限元模拟结果与试验结果进行对比分析,对有限元模型进行了修正,获得了切削力模拟值与试验值之间较一致的结果,表明本文建立的车削加工有限元分析模型正确可行,为切削力的深入研究提供了有效的方法。