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《昆明理工大学》 2010年
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基于TC4切削过程数值模拟的刀具几何参数优化

王神送  
【摘要】:高速切削加工是当今机械加工的重要发展方向之一。其高速度、小切深、快速进给的加工模式在复杂零件以及难加工材料加工中已得到了广泛应用。但是对于高速切削用刀具来说,由于切削力、切削温度等影响,其磨损较大,因此减小刀具磨损是目前亟待解决的问题之一。本课题以刀具几何参数(前角、后角、刀尖圆弧半径)为研究对象,以找出适宜的切削力和切削温度为目标,从而得出优化的刀具几何参数。 本课题对国内外高速切削加工及其刀具研究现状以及高速切削理论进行了综述。根据研究文献,低速下数值模拟建立的模型经修正可作为高速切削研究的基础,所以本论文首先使用硬质合金刀具YG8对低速切削TC4进行了研究,通过对材料模型、切屑分离准则、摩擦模型、接触模型等关键技术的分析,建立了二维正交切削有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUSTM进行了切削过程的模拟。模拟了低速区内不同的切削速度和切削深度等对切削力的影响,并与同等条件下的试验结果有较好的吻合。再结合理论和生产实际,对模型的摩擦模型加以改进以适应高速区内的应用。通过限定切削速度、切深等,模拟研究了刀具几何参数对切屑的形成以及切削力和切削温度的影响,仿真结果与高速切削理论有较好的一致性,并得到了相应的仿真数据。 利用模拟得到的切削力和切削温度数据,通过BP神经网络算法拟合出了刀具几何参数与切削力和切削温度的函数关系,在对刀具几何参数进行约束的基础上,利用遗传算法工具箱优化计算,寻到了适合高速切削钛合金材料TC4的硬质合金刀具的几何参数优化值。将优化后的几何参数值作为切削条件进行高速切削有限元模拟,结果表明优化后的数据较为理想。 通过本课题的研究,不仅得出了适合TC4钛合金材料的刀具几何参数优化的方法,也为其他材料高速切削刀具的研究开辟了一种新模式,还为高速切削研究提供了一种参考的方法。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG506.1

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