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针对发动机缸体的高速铣削有限元仿真与稳定性分析

邹连龙  
【摘要】:高速切削加工技术是先进制造领域中重要的基础技术之一,并已被广泛应用于汽车发动机缸体的制造过程中。保证发动机缸体的加工精度的是开展高速切削加工的前提,影响加工精度的因素有很多,如加工参数、机床刚度、机床振动等。本文围绕发动机缸体的制造过程,以提高加工精度为目的对高速铣削过程进行了相关分析,具体内容如下: 首先,对发动机缸体的加工工艺进行了分析。以国内某品牌的E型汽车发动机缸体为研究对象,介绍了该缸体的结构特点,确定了加工技术要求与加工方式,以粗加工与半精加工工艺为重点进行了缸体加工工艺分析,并探讨了高速切削尤其是铣削技术在缸体加工中的应用,并探讨了刀具温度场、应力场与铣削稳定性的研究必要性。 其次,基于高速铣削发动机缸体的过程,以有限元仿真分析的方式进行了相关研究。将高速铣削发动机缸体的过程简化为二维正交切削模型,基于现有的材料数据建立了缸体材料压铸铝合金ADC12的Johnson-Cook本构模型,确定了其本构参数;针对有限元分析过程中的关键问题进行了讨论,确立了切屑分离准则、接触摩擦模型与热传导模型,以及以瞬态仿真为基础,建立稳态分析的有限元分析方法。 再次,对发动机缸体高速切削的二维仿真结果进行分析,得出了最优切削速度与进给量。分析了不同参数下硬质合金刀具切削发动机缸体材料的稳态温度场变化与应力场的变化情况,基于提高刀具耐用度与保证加工精度的目标,分析并给出了在一定范围内的铣削发动机缸体的最优切削速度与进给量;进行了高速铣削缸体材料加工试验,将采集的切削力数据与仿真数据进行对比,验证了仿真过程的准确性与合理性。 最后,对发动机缸体高速铣削工艺的过程进行了稳定性分析,确定了最优轴向切深。建立了高速铣削瞬态力与基于动态厚度的多齿动态力模型,同时建立了高速铣削刀具系统的动力学模型;基于刀具系统模态试验与切削力试验,绘制了高速铣削压铸铝合金ADC12过程的稳定域曲线,分析了多因素对其稳定性的影响,并确定了在一定范围内高速铣削发动机缸体的最优轴向切深。


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