鋁合金切削工藝有限元仿真研究.pdf

1、本文針對一款精密、多層、微孔的鋁合金AL6061薄壁零件加工過程中刀具的靜態(tài)和動態(tài)的模態(tài)特性，切削參數(shù)對切削力、切削溫度和有效應(yīng)力等物理量的影響、薄壁件加工過程出現(xiàn)的切削變形以及在微鉆孔過程中出現(xiàn)的小孔偏差等問題進(jìn)行了理論研究與實驗驗證。采用了模態(tài)分析的方法分析了Φ1.72mm鉆頭和Φ30mm盤銑刀在靜態(tài)和動態(tài)的模態(tài)特性，同時用有限元方法建立了鋁合金A16061切削過程的2-D有限元模型，研究了鋁合金A16061在切削過程第一、二、三變

2、形區(qū)切削力、切削溫度、有效應(yīng)力等物理特性；在2-D有限元的基礎(chǔ)上了研究了鋁合金3-D切削加工有限元模型，分析了鋁合金A16061鉆孔加工過程中切削力、第一、二、三區(qū)切削溫度和有應(yīng)力的分布規(guī)律以及薄壁件件加工過程中的變形。
　　 主要研究結(jié)論如下：
　　 (1)對Φ1.72mm鉆頭和Φ30mm盤銑刀進(jìn)行了不同懸伸量的靜態(tài)與動態(tài)模態(tài)分析。通過模態(tài)分析模擬結(jié)果顯示，兩種刀具的振動形式有單一彎曲變形、雙彎曲變形、彎曲扭轉(zhuǎn)變形；刀

3、具的頻率隨懸伸量的縮短反而增大；不是刀具的懸伸量越小，切削時切削振動就越小或是刀桿的懸伸量越長，切削時的振動就越大，而是刀具的懸伸量在最小值與最大值之間有個合理的懸伸量值。
　　 (2)有預(yù)應(yīng)力Φ1.72mm鉆頭和Φ30mm盤銑刀比對應(yīng)的只在靜態(tài)Φ1.72mm鉆頭和Φ30mm盤銑刀頻率高，這是由于預(yù)應(yīng)力增加了刀具的剛度。
　　 (3)建立了二維切削有限元模型，對刀具前角、后角、切削深度、有效應(yīng)力進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果表明：

4、隨著刀具前角、后角的增加，切削力和切削溫度降低；切削力和切削溫度隨切削深度的增加而增加；有效應(yīng)力對刀具前角、后角和切削深度影響不太顯著。
　　 (4)建立了鉆孔和薄壁件三維切削有限元模型。仿真結(jié)果表明：隨著鉆孔進(jìn)給速度增加，切削力和切削溫度也隨之增加；有效應(yīng)力的大小與周期對于薄壁件變形有直接的影響，有效應(yīng)力值較小且周期均勻時，薄壁變形比較小。
　　 (5)用實驗驗證三維切削的模擬仿真結(jié)果。實驗結(jié)果表明，切削力的有限元模擬