畢業(yè)論文答辯PPT模板-2

1、拋物線槽型深孔鉆鉆削力有限元分析和實(shí)驗(yàn)研究答辯學(xué)生：畢業(yè)答辯之學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：專 業(yè)：答辯日期：1 課題背景及研究意義目 錄鉆頭三維實(shí)體建模2 研究?jī)?nèi)容3 基于UG的拋物線鉆三維實(shí)體建模3 結(jié)論和展望5 鉆削實(shí)驗(yàn)6 結(jié)論和展望2.1 基于UG三維實(shí)體模型的建立2.2 基于ABAQUS的鉆削力有限元分析2.3 鉆削實(shí)驗(yàn)2 研究?jī)?nèi)容2.4 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較分析1隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，孔的加工越來(lái)越廣泛2普通麻花鉆是鉆孔加工的常用刀具，但在深孔加工中仍然存在問題3拋物線槽型鉆的結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)4目前國(guó)內(nèi)外對(duì)拋物線槽型鉆有限元分析和實(shí)驗(yàn)研究鮮有報(bào)道 課題背景1 課題背景及研究意義 研究意義 1

2、 本課題通過有限元模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，研究拋物線鉆幾何參數(shù)、切削用量及不同工件材料對(duì)鉆削力的影響，為優(yōu)化拋物線鉆幾何參數(shù)及鉆削參數(shù)提供有利依據(jù)。 2 將拋物線槽型鉆和普通麻花鉆鉆削力結(jié)果對(duì)比，比較拋物線鉆和普通麻花鉆的受力特點(diǎn)，這對(duì)深入認(rèn)識(shí)拋物線槽型鉆鉆削機(jī)理、提高鉆削質(zhì)量、解決企業(yè)中工程實(shí)際問題具有重要的意義。比較分析將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證有限元仿真分析的合理性和可行性利用UG軟件建立不同幾何參數(shù)的拋物線鉆和普通麻花鉆的三維實(shí)體模型三維實(shí)體建模將UG中的鉆頭實(shí)體模型導(dǎo)入ABAQUS，對(duì)各工況鉆削過程進(jìn)行有限元模擬，工件材料為球墨鑄鐵，并獲取其鉆削軸向力和扭矩值，分析不

3、同幾何參數(shù)及切削用量對(duì)拋物線鉆結(jié)果的影響，并比較拋物線鉆和麻花鉆鉆削結(jié)果有限元分析1. 利用壓力傳感器、靜態(tài)扭矩傳感器，自制鉆削測(cè)力儀，并進(jìn)行標(biāo)定2. 對(duì)工件材料Q235鋼和球墨鑄鐵進(jìn)行鉆削實(shí)驗(yàn)，并分析結(jié)果鉆削實(shí)驗(yàn)比較分析2 研究?jī)?nèi)容2.1 拋物線鉆三維實(shí)體建模 拋物線槽型深孔鉆和麻花鉆的三維實(shí)體模型的生成是對(duì)鉆削過程進(jìn)行有限元仿真的基礎(chǔ)。實(shí)體生成主要取決以下參數(shù)：鉆頭直徑d、頂角2、鉆芯厚2rc、螺旋角及刃磨參數(shù)。 為研究UG環(huán)境中，拋物線型鉆三維實(shí)體模型的建立方法，以頂角2=130，外緣點(diǎn)的螺旋角=40，鉆頭直徑D=6mm，鉆芯厚度Kc=2.4mm的拋物線鉆為例，介紹其建模過程。 本文建立

4、了不同頂角（118、125、130）、不同直徑（4mm、6mm、8mm）的拋物線鉆及直徑6mm的普通麻花鉆。 拋物線槽型鉆鉆尖三維實(shí)體模型的生成 螺旋線生成 螺旋截面形成 鉆頭斷面草圖導(dǎo)程公式： 拋物線鉆斷面的生成 拋物線槽型鉆鉆尖三維實(shí)體模型的生成 螺旋槽實(shí)體刃磨錐面草圖 刃磨圓錐砂輪 拋物線鉆螺旋實(shí)體和鉆尖的生成由錐頂距L、半錐角 及旋轉(zhuǎn)角度 拋物線槽型鉆鉆尖三維實(shí)體模型的生成 拋物線鉆端面圖及側(cè)面圖 拋物線鉆鉆尖修磨 橫刃修磨后的拋物線鉆鉆尖橫刃長(zhǎng)度：0.05D0.1D 拋物線槽型鉆鉆尖三維實(shí)體模型的生成普通麻花的端面投影圖 普通麻花鉆三維實(shí)體模型普通麻花鉆螺旋體橫刃長(zhǎng)度：0.18D左右

5、2.2 鉆削過程有限元仿真基于ABAQUS的鉆削過程有限元步驟 工件彈性變形、塑性變形所引起的抗力。.鉆削力組成 鉆頭與切屑層、工件表面間的摩擦阻力。工件材料鉆削用量(主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給量f)刀具幾何參數(shù)和刀具材料刀具磨損鉆削力影響因素 鉆削過程有限元模型建立1）有限元三維模型的導(dǎo)入：將UG中建好的(.stp)格式鉆頭模型導(dǎo)入ABAQUS，并與工件模型裝配。2）材料本構(gòu)模型：選用Johnson-Cook本構(gòu)模型，其形式為 本文引用與球墨鑄鐵材料性能相似的本構(gòu)模型，其形式為：3）剪切分離準(zhǔn)則：剪切損傷（shear damage）準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則以應(yīng)變做為切屑分離的判定依據(jù)。4）摩擦模型：罰函數(shù)，鋼與鑄

6、鐵間的動(dòng)摩擦系數(shù)，統(tǒng)一采用0.18。5）有限元網(wǎng)格劃分：工件網(wǎng)格采用八節(jié)點(diǎn)熱藕合六面體單元（即C3D8RT），刀具網(wǎng)格采用四結(jié)點(diǎn)熱耦合四面體單元（即C3D4T）6）初始條件及邊界條件的定義：對(duì)刀具參考點(diǎn)設(shè)置Y軸向下的速度及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的速度。有限元網(wǎng)格劃分邊界條件設(shè)定 有限元仿真結(jié)果分析1）應(yīng)力分析1）行程為0.5mm2）行程為1mm3）行程為2.5mm4）行程為3.5mm1 隨鉆削進(jìn)入工件，最大應(yīng) 力逐漸增加，最后趨于穩(wěn)定2 切屑產(chǎn)生3 殘余應(yīng)力2）鉆削軸向力和扭矩拋物線鉆：D=6mm、頂角2=118普通麻花鉆：D=6mmn=235r/minf=0.04mm/r3）不同幾何參數(shù)拋物線鉆及不同類

7、型鉆頭鉆削力有限元結(jié)果有限元仿真方案與結(jié)果 采用的拋物線鉆螺旋角為40，進(jìn)給量為0.04mm/r，主軸轉(zhuǎn)速235r/min不同頂角、不同直徑拋物線鉆和普通麻花鉆鉆削軸向力和扭矩仿真結(jié)果。 從以上單因素分析的結(jié)果，可以得出： 拋物線鉆鉆削軸向力和扭矩均隨鉆頭直徑的增大而增大1 當(dāng)拋物線槽型鉆其他幾何參數(shù)不變時(shí)，頂角2=125的軸向力最小2 相同直徑拋物線槽型鉆的軸向力和扭矩均小于普通麻花鉆。4）不同切削用量的鉆削力有限元結(jié)果 從以上單因素分析的結(jié)果，可以得出： 采用直徑為6mm、頂角2為130、螺旋角為40的拋物線槽型鉆，研究鉆削用量（進(jìn)給量f和主軸轉(zhuǎn)速n）對(duì)鉆削軸向力和扭矩的影響。有限元仿真方

8、案與結(jié)果不同切削用量對(duì)軸向力的影響不同切削用量對(duì)扭矩的影響1 若主軸轉(zhuǎn)速不變，鉆削軸向力和扭矩均隨進(jìn)給量的增大而增大，且影響顯著。2 若進(jìn)給量不變，不同主軸轉(zhuǎn)速對(duì)鉆削軸向力和扭矩的影響則很小。2.3 鉆削實(shí)驗(yàn) 鉆削測(cè)力儀的自制與標(biāo)定壓力傳感器型號(hào)：PCD-2.5t靜態(tài)扭矩傳感器型號(hào)：JNNT-10NM自制鉆削測(cè)力儀 標(biāo)定結(jié)果: 鉆削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理本文實(shí)驗(yàn)采用兩種工件材料：Q235鋼、球墨鑄鐵鉆頭材料：高速鋼，型號(hào)為：W2Mo9Cr4VCo8，表面無(wú)涂層 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)方案1）不同頂角和不同類型鉆頭的比較工件：Q235鋼工件：球墨鑄鐵1 不同頂角拋物線鉆鉆削以上兩種工件

9、材料時(shí)，都是頂角2=125的拋物線鉆所受的鉆削軸向力最小。2 相同直徑拋物線鉆鉆削軸向力力和扭矩均小于普通麻花鉆，且普通麻花鉆的軸向力和扭矩曲線產(chǎn)生的振動(dòng)幅度較拋物線鉆更劇烈。2）不同直徑拋物線鉆的比較工件：Q235鋼工件：球墨鑄鐵1 鉆削軸向力和扭矩均隨直徑的增大而增大2 工件為Q235鋼時(shí)，連續(xù)切屑尺寸也隨直徑增大而增大 3）不同切削用量的比較工件：Q235鋼工件：球墨鑄鐵1 若主軸轉(zhuǎn)速不變，鉆削軸向力和扭矩均隨進(jìn)給量的增大而增大，且影響顯著。2 若進(jìn)給量不變，不同主軸轉(zhuǎn)速對(duì)鉆削軸向力和扭矩的影響則很小。4）不同橫刃修磨狀態(tài)比較工件：Q235鋼未修磨橫刃的拋物線鉆軸向力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于相同幾何參數(shù)

10、且橫刃經(jīng)修磨的拋物線鉆5）不同工件材料的結(jié)果分析相同鉆削條件下，工件為Q235鋼時(shí)的鉆削軸向力和扭矩均大于工件為球墨鑄鐵時(shí)的鉆削軸向力和扭矩。兩種工件材料產(chǎn)生切屑的形態(tài)5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比 鉆削用量直徑鉆頭類型工件：球墨鑄鐵主軸轉(zhuǎn)速不變，進(jìn)給量增大，軸向力和扭矩均增大進(jìn)給量不變，主軸轉(zhuǎn)速增大，軸向力和扭矩變化不大相同直徑拋物線鉆鉆削軸向力力和扭矩均小于普通麻花鉆其他鉆削參數(shù)相同時(shí)，鉆頭直徑增大，軸向力和扭矩均增大 鉆削球墨鑄鐵時(shí)，相同鉆削參數(shù)下，頂角125的拋物線鉆鉆削軸向力較小，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同誤差分析f=0.08mm/rf=0.1mm/r拋物線鉆D=6mm，2=130n=235r/mi

11、n仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在誤差，誤差原因：誤差原因1234網(wǎng)格劃分不夠密；斷裂準(zhǔn)則參數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)選取；有限元仿真中采用的是簡(jiǎn)化的鉆頭三維模型；引用的Johnson-Cook本構(gòu)方程與實(shí)際不完全相符； 仿真采用恒定摩擦系數(shù)，實(shí)際為非線性摩擦；5 實(shí)驗(yàn)過程本身可能存在誤差1234通過ABAQUS，獲得不同切削用量、不同幾何參數(shù)拋物線鉆及普通麻花鉆的鉆削軸向力和扭矩仿真結(jié)果，并模擬出鉆削過程的工件應(yīng)力云圖分布及切屑成型狀態(tài)。工件為球墨鑄鐵時(shí)，仿真結(jié)果顯示：自制出鉆削測(cè)力儀。測(cè)力儀測(cè)出的鉆削軸向力和扭矩動(dòng)態(tài)曲線變化趨勢(shì)與仿真結(jié)果相同，證明了該鉆削測(cè)力儀的可靠性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：工件為球墨鑄鐵時(shí)，各影響因素對(duì)鉆削力的影響趨勢(shì)與有限元結(jié)果一致，驗(yàn)證了有限元仿真分析的可行性。6 結(jié)論與展望結(jié)論a. 進(jìn)給量增大，軸向力和扭矩均增大，且幅度明顯；b. 主軸轉(zhuǎn)速增大，軸向力和扭矩變化很?。籧. 鉆頭直徑增大，鉆削軸向力和扭矩均增大；d. 頂角為125時(shí)，鉆削軸向力較小；e. 相同直徑的拋物線鉆軸向力和扭矩均小于普通麻花鉆，證實(shí)了拋物線鉆鉆削性能優(yōu)于普通麻花鉆。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：鉆削Q235鋼時(shí)，也更適宜采用頂角125的拋物線鉆；鉆削Q235鋼產(chǎn)生的鉆削力均大于球墨鑄鐵。展望123利用ABAQUS有限元分析時(shí)，采用的球墨鑄鐵材料本構(gòu)模型只是引用已有John