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1Cr18Ni9Ti高温摩擦钻孔钻削力理论模型与仿真研究

王子玥  
【摘要】:奥氏体不锈钢在航空、航天、化工、石油、建筑及食品等领域得以广泛应用。然而,此类材料塑性大,导热系数小,加工硬化严重,属难加工材料。高温摩擦钻孔是一种新型的非传统钻孔技术,相比于传统的孔加工技术,具有快速、高质量、绿色环保等优点。针对奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti薄板工件钻孔难问题,本文采用高温摩擦钻孔这种新型、绿色的钻孔方式,对其摩擦特性、钻削力理论模型、加工过程仿真及刀具结构优化等相关技术进行比较深入系统地研究,不仅具有重要的理论意义,也有广泛的应用价值。在高温摩擦钻孔研究现状的基础上,研究其摩擦特性及影响规律。基于CA6140车床建立高温摩擦钻孔摩擦特性等效试验平台;研究不同压力和速度条件下45钢和1Cr18Ni9Ti的摩擦特性,揭示压力和速度对刀具-工件摩擦系数的影响规律;建立摩擦系数经验公式,为后续钻削力理论模型和仿真模型奠定理论基础。基于高温摩擦钻孔刀具独特的几何形状,建立加工过程的钻削力理论模型。基于刀具的几何参数,对加工阶段进行划分;基于等效模型建立各阶段的钻削力理论模型;采用该模型对高温摩擦钻孔的钻削力进行预测分析。采用ABAQUS有限元分析软件对1Cr18Ni9Ti高温摩擦钻孔加工过程进行仿真研究。建立刀具和工件的几何模型,导入有限元软件中进行网格划分;建立工件和刀具材料的本构模型;基于加工条件,合理设定边界条件,建立高温摩擦钻孔加工过程仿真模型;研究工件材料在加工过程中的应力分布及变形行为,揭示其变形机理;实现钻削力的仿真预测,为刀具优化提供依据。结合钻削力理论模型和仿真模型,对1Cr18Ni9Ti的高温摩擦钻孔刀具进行优化。建立不同锥角度、不同接触面积的9种刀具的高温摩擦钻孔仿真模型,对其钻削力和钻削变形进行分析,确定最优几何参数的刀具。该方法也可应用于其他难加工材料的刀具优化中,因此,本研究为难加工材料高温摩擦钻孔优化技术奠定理论基础。本文的创新点在于更细致地考虑高温摩擦钻孔时摩擦系数的变化,建立更准确的高温摩擦钻孔钻削力理论模型和仿真模型。基于此,提出一种理论模型与仿真模型相结合的刀具优化技术,比传统的优化方法——试验法,更高效、成本更低。


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