高速铣刀物理场分析与安全裕度控制方法

【摘要】高速切削技术在航空航天、汽车模具及医疗器械等工业领域已经表现出巨大的优越性，但是，高速铣刀的安全性问题仍然存在。尤其是汽车淬硬钢模具的切削加工，其型面复杂、硬度高，刀具磨损、破损及疲劳断裂问题突出，对企业生产加工造成了一定的困难。铣刀破损不但会影响了模具表面加工质量，更在一定程度上制约了加工效率和加工成本。因此，高速切削淬硬钢切削过程中铣刀的安全性问题亟待解决，这对实现淬硬钢模具高效、高精度、高表面质量切削具有十分重要的意义。本文在高速铣削加工理论和高速切削淬硬钢实验的基础上，对高速铣刀切削过程中的物理场进行仿真分析和评判，进而研究高速铣刀切削淬硬钢安全性控制方法，主要研究内容有：在高速球头铣刀切削淬硬钢载荷特性分析的基础上，依据国际标准ISO15641《高速铣刀的安全性要求》，建立高速铣刀失效判据；采用安全裕度法，建立高速铣刀物理场评价模型，为高速铣刀切削淬硬钢的安全性判定提供依据。根据高速铣刀切削淬硬钢边界条件，建立其有限元分析模型；通过模态分析，获得高速铣刀悬伸量对其固有频率、阻尼及刚度等模态参数的影响特性；通过热力耦合场分析，获得切削参数和铣刀片磨损对高速球头铣刀切削淬硬钢应力场与温度场的影响规律；通过冲击应力与疲劳寿命分析，获得切削力、切削振动对铣刀冲击破损和疲劳失效的影响特性。对高速铣刀切削复杂型面淬硬钢零件进行刀具安全性仿真分析，获得工件硬度、工件型面曲率及刀具切削路径等对刀具物理场与安全裕度的影响特性；在此基础上，结合高速铣刀物理场评价模型，提出高速铣刀安全裕度控制方法，该方法可实现高速切削淬硬钢过程中铣刀的安全性控制。最后，采用高速铣刀安全裕度控制方法对复杂曲面、多硬度拼接淬硬钢零件进行工艺优化实验，实验结果证实了高速铣刀安全裕度控制方法的有效性；该方法还在模具企业实际生产加工中得到了应用，说明其具有一定的实用性。
【作者】夏丹华；
【导师】姜彬；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，机械制造及其自动化，2012，硕士
【关键词】高速切削；淬硬钢；铣刀；物理场；安全裕度；

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