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泵类零件加工刀具切削性能评价方法研究

作　者: 刘兰兰
导　师: 周利平
学　校: 西华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 复杂曲面薄壁 AdvantEdge 切削力切削温度
分类号: TG71
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

长期以来，泵行业主要产品中，关键零部件叶轮的制造技术和加工精度直接影响到泵的水力性能和运行稳定性。大多数泵产品的叶轮都属于壁薄零件，加工过程中切削力、切削温度等对加工效率和加工精度有着直接的影响。这些问题严重制约泵类复杂曲面薄壁类零件高性能加工的健康发展。本文是在上述问题的基础上，结合现阶段泵类薄壁零件的研究进展，通过对泵类零件加工过程中铣削用量和刀具几何角度对切削力、切削温度影响的研究，分析切削机理及其对刀具切削性能和使用寿命的影响，为泵的设计和制造提供一些参考。在对泵类薄壁零件加工特点和性能进行理论分析的基础上，选择出具体合理的加工方式、刀具（包括材料、几何角度、齿数等）以及铣削用量，建立三维切削试验有限元模型，模拟加工过程。采用在求解过程中能够根据数值解的特性自动调整网格大小的自适应网格技术和网格重划分技术对仿真试验进行设置，模拟切削过程。针对铣削用量和刀具几何角度采用单因素法，分别研究其对切削力和切削温度的影响规律及其产生原因。在单因素仿真分析的基础上，分别建立刀具几何角度对切削温度影响和铣削用量对切削力影响的非线性方程，运用回归分析法求出方程中的未知量，进而得出所需经验公式。借助数控加工中心、电荷放大器和KISTLER测力仪等装置进行实验，对仿真方案的可行性和所得切削力经验公式的准确性进行验证。结果表明：仿真试验所得结果与切削实验结果有较好的一致性；所建立的经验公式，揭示了球头铣刀高速铣削泵类薄壁零件时的刀具切削性能；表明了此方法的可行性和实用性，为泵类薄壁零件的设计制造提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 泵类零件的应用现状和发展趋势  9-12
    1.1.1 泵类零件应用现状  9
    1.1.2 泵类零件的发展趋势  9-11
    1.1.3 叶片泵的应用和发展  11-12
  1.2 泵零件加工用材料及加工方法  12-14
    1.2.1 泵的典型零件  12
    1.2.2 泵零件加工用材料  12-13
    1.2.3 泵零件的加工方法  13-14
  1.3 泵类零件加工刀具及其切削性能介绍  14-16
    1.3.1 刀具切削性能的评价指标  14-15
    1.3.2 泵零件的加工刀具及其性能  15-16
  1.4 课题来源及课题研究的目的和意义  16-17
    1.4.1 课题来源  16
    1.4.2 课题研究的目的和意义  16-17
  1.5 课题研究的主要内容及技术路线  17
    1.5.1 课题研究的主要内容  17
    1.5.2 课题研究的技术路线  17
  1.6 本章小结  17-18
2 泵类零件加工过程中的有限元软件介绍及模型建立  18-30
  2.1 有限元法  18
    2.1.1 有限元法的思想  18
    2.1.2 有限元法的软件  18
    2.1.3 有限元法的特点和优势  18
  2.2 AdvantEdge FEM 软件介绍  18-20
    2.2.1 AdvantEdge FEM 简介  18-19
    2.2.2 AdvantEdge FEM 优势  19
    2.2.3 AdvantEdge FEM 仿真流程  19-20
  2.3 建立三维切削加工有限元模型  20-29
    2.3.1 选择叶片加工方法  20-22
    2.3.2 有限元模型材料选择  22-24
    2.3.3 刀具几何角度、齿数和铣削用量的选择  24-27
    2.3.4 有限元模型的建立及网格划分参数的选择  27-28
    2.3.5 外界环境条件设置  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 仿真实验方案设计  30-38
  3.1 单因素仿真方案设计  30-32
    3.1.1 铣削用量单因素方案设计  30-31
    3.1.2 刀具几何角度单因素方案设计  31-32
  3.2 正交试验设计方案  32-37
    3.2.1 正交试验设计法简介  32-33
    3.2.2 刀具几何角度正交方案设计  33-35
    3.2.3 铣削用量正交方案设计  35-37
  3.3 本章小结  37-38
4 铣削加工过程中的仿真分析  38-64
  4.1 铣削用量单因素仿真分析  38-47
    4.1.1 铣削用量对切削力的影响分析  38-42
    4.1.2 铣削用量对切削温度的影响分析  42-47
  4.2 刀具几何角度单因素仿真分析  47-54
    4.2.1 刀具几何角度单因素对切削力的影响分析  47-50
    4.2.2 刀具几何角度单因素对切削温度的影响分析  50-54
  4.3 刀具几何角度对切削温度影响的回归分析  54-59
    4.3.1 建立回归分析模型  54-56
    4.3.2 正交试验结果回归分析  56-59
  4.4 铣削用量对切削力影响的回归分析  59-63
    4.4.1 建立回归分析模型  59-60
    4.4.2 正交试验结果回归分析  60-63
  4.5 本章小结  63-64
5 切削实验验证  64-73
  5.1 实验材料及设备  64-65
  5.2 实验结果采集  65-70
  5.3 实验结果与仿真结果的对比分析  70-71
  5.4 经验公式的验证  71-72
  5.5 本章小结  72-73
结论  73-75
参考文献  75-77
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  77-78
致谢  78-79

泵类零件加工刀具切削性能评价方法研究

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