7075-T6铝合金微铣削力及加工工艺的研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:xkd19890528
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在智能化产品广泛应用的今天,各行各业对微型精密零件的需求也越来越多样化,微细铣削以其特有的优势成为国内外研究的热点。微细铣削技术相对于其他的微细加工技术而言,拥有如下的优势:可在金属和非金属材料上加工复杂的三维形状,且对加工环境要求低。由于微型产品的去毛刺工艺尚不成熟,对于微细铣削加工而言,一次加工达到要求的精度至关重要,这就需要针对不同的加工材料有不同的最优化的微铣削工艺参数。为此,本文通过研究分析微铣削加工机理,建立微铣削力的理论模型和ABAQUS有限元仿真模型,并以HASS VF-2机床为基础,组建微铣削实验系统,进行不同切削参数的微铣削实验。最后将微铣削实验结果与理论模型和仿真模型进行比较,验证模型的可行性。通过对7075-T6航空铝合金进行微铣削实验,研究工艺参数对微铣削力和微槽槽顶毛刺尺寸的影响规律,为微铣削工艺参数的优化提供了基础。本文的主要研究内容如下:(1)考虑尺寸效应的微铣削有限元模拟仿真采用有限元软件ABAQUS/EXPLICT进行7075-T6航空铝合金的微铣削模拟仿真,将应变梯度塑性理论引入到7075-T6航空铝合金的Johnson-Cook(J-C)本构方程中,来表示材料在微细铣削过程中的变形特性,计算出微铣削过程中的应变率,利用修正后的J-C本构模型模拟出微细铣削存在尺寸效应这一特性。通过MATLAB绘制出修正的J-C本构模型的应力-应变-温度的关系曲线,并将这些数据导入到ABAQUS软件中,进行考虑尺寸效应现象的微铣削过程的有限元模拟仿真。利用二维有限元模拟仿真了微细铣削过程中的应力和力与刀具切削刃半径的关系,结果表明应力和力随切削刃半径的增大而增大。通过三维有限元模拟仿真研究了微铣削力与主轴转速、每齿进给量以及轴向切削深度的关系,研究表明微铣削力随主轴转速的增大而减小,随每齿进给量的增大而先减小后增大,随轴向切削深度的增大而增大。(2)考虑尺寸效应和刀具偏摆的微铣削力理论模型本文考虑微铣削加工过程中刀具偏摆的影响,建立了一种新的瞬态切削厚度理论计算模型,该模型能够体现出瞬态切削厚度随刀具旋转角度的变化而变化的特点。将几种瞬态切削厚度模型进行对比研究,结果表明考虑刀具偏摆的瞬态切削厚度模型更加接近真实情况。在计算微铣削力时,应用了考虑刀具偏摆的瞬态切削厚度,并同时考虑了犁切力、流动应力和弹性恢复的影响,建立了满足微铣削特点的微铣削力理论模型。最后,用直径为0.1mm的日进刀具进行微铣削实验,将相同条件下得到微铣削力的实验值与理论值进行比较,进一步验证考虑尺寸效应和刀具偏摆影响的微铣削力理论模型的可行性。(3)微铣削工艺参数的研究采用0.1mm日进铣刀进行正交实验,研究了微铣削工艺参数对微铣削力、扭矩和槽顶毛刺的影响情况,实验结果表明通过对工艺参数的优化能够达到减小微铣削力和槽顶毛刺的目的。
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