切削殘余應力分析模型改進與應用研究.pdf

1、切削加工產(chǎn)生的殘余應力是衡量零件表面完整性的重要指標，對零件的疲勞特性、抗應力腐蝕性、靜強度、精度保持性等使用性能都有重要影響。研究切削殘余應力對于提高重要、關鍵機械零件的使用性能和重要設備的運行可靠性具有重要意義。
　　針對正交切削殘余應力分析模型預測精度不理想、工藝條件對切削殘余應力影響機制不明確、面向殘余應力合理分布的工藝參數(shù)優(yōu)化方法不系統(tǒng)、斜角銑削殘余應力預測模型不完善的切削殘余應力研究現(xiàn)狀，從提高模型預報精度和拓展模型應

2、用范圍出發(fā)，采用理論分析、模型改進、模型仿真和實驗驗證等方法和手段，對切削殘余應力進行了深入系統(tǒng)的研究。
　　提出了一種改進的正交切削殘余應力分析模型，該模型對現(xiàn)有模型中存在的可能導致預測精度下降的問題進行了改進：使用了更加符合真實切削過程的靜力邊界條件，在彈塑性加載過程添加了符合塑性變形特點的應力約束關系，完善了現(xiàn)有模型中的熱應力計算方法，并考慮了多次切削對殘余應力的影響。最后，使用X射線衍射儀對正交切削45＃鋼過程中的殘余應力

3、進行測量，并在相同條件下，使用現(xiàn)有模型中精度相對較高的J ia nn模型和改進模型同時進行了殘余應力仿真，通過實驗數(shù)據(jù)與兩種模型仿真數(shù)據(jù)的對比，發(fā)現(xiàn)改進模型的預測精度相比J ia nn模型有了明顯的提升。
　　通過正交切削殘余應力分析模型，分析了正交切削殘余應力的產(chǎn)生過程，并得出了重要結論：切削方向的累積塑性應變是決定正交切削殘余應力大小和性質(zhì)的重要指標。使用應力場分析的方法分析了切削過程不同的載荷對殘余應力的影響，同時分析了不同

4、工藝條件對正交切削殘余應力的影響機制，并總結了降低殘余拉應力或產(chǎn)生殘余壓應力需要的工藝條件。
　　在殘余應力分析模型的基礎上，提出了一套針對殘余應力合理分布的切削工藝參數(shù)優(yōu)化方法。該方法首次從殘余應力的分布曲線中提取了完整的特征參數(shù)，并且針對不同的工件使用性能提出了相應的優(yōu)化目標函數(shù)。使用基于遺傳算法的多目標優(yōu)化算法對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，提出了從非劣解集中進一步優(yōu)選工藝參數(shù)的方法，并通過與一定工藝參數(shù)范圍內(nèi)實驗數(shù)據(jù)的對比分析了優(yōu)化

5、結果的合理性。
　　在改進的正交切削殘余應力分析模型的基礎上，又提出了斜角銑削過程殘余應力預測模型，該模型消除了現(xiàn)有銑削殘余應力分析模型中將斜角銑削看做為具有平均切削厚度的連續(xù)正交切削過程的不合理假設，而是考慮了真實銑削過程變厚度切削、加載方向不斷改變、且為斷續(xù)切削的特點，并繼承了改進的正交切削殘余應力分析模型的優(yōu)勢，最終形成了一種更加符合真實斜角銑削過程特點的銑削殘余應力分析模型，并通過螺旋刃銑刀銑削Ti-6Al-4V過程殘余應