论文部分内容阅读
切削加工产生的残余应力是衡量零件表面完整性的重要指标，对零件的疲劳特性、抗应力腐蚀性、静强度、精度保持性等使用性能都有重要影响。研究切削残余应力对于提高重要、关键机械零件的使用性能和重要设备的运行可靠性具有重要意义。 针对正交切削残余应力分析模型预测精度不理想、工艺条件对切削残余应力影响机制不明确、面向残余应力合理分布的工艺参数优化方法不系统、斜角铣削残余应力预测模型不完善的切削残余应力研究现状，从提高模型预报精度和拓展模型应用范围出发，采用理论分析、模型改进、模型仿真和实验验证等方法和手段，对切削残余应力进行了深入系统的研究。 提出了一种改进的正交切削残余应力分析模型，该模型对现有模型中存在的可能导致预测精度下降的问题进行了改进：使用了更加符合真实切削过程的静力边界条件，在弹塑性加载过程添加了符合塑性变形特点的应力约束关系，完善了现有模型中的热应力计算方法，并考虑了多次切削对残余应力的影响。最后，使用X射线衍射仪对正交切削45＃钢过程中的残余应力进行测量，并在相同条件下，使用现有模型中精度相对较高的J ia nn模型和改进模型同时进行了残余应力仿真，通过实验数据与两种模型仿真数据的对比，发现改进模型的预测精度相比J ia nn模型有了明显的提升。 通过正交切削残余应力分析模型，分析了正交切削残余应力的产生过程，并得出了重要结论：切削方向的累积塑性应变是决定正交切削残余应力大小和性质的重要指标。使用应力场分析的方法分析了切削过程不同的载荷对残余应力的影响，同时分析了不同工艺条件对正交切削残余应力的影响机制，并总结了降低残余拉应力或产生残余压应力需要的工艺条件。 在残余应力分析模型的基础上，提出了一套针对残余应力合理分布的切削工艺参数优化方法。该方法首次从残余应力的分布曲线中提取了完整的特征参数，并且针对不同的工件使用性能提出了相应的优化目标函数。使用基于遗传算法的多目标优化算法对工艺参数进行了优化，提出了从非劣解集中进一步优选工艺参数的方法，并通过与一定工艺参数范围内实验数据的对比分析了优化结果的合理性。 在改进的正交切削残余应力分析模型的基础上，又提出了斜角铣削过程残余应力预测模型，该模型消除了现有铣削残余应力分析模型中将斜角铣削看做为具有平均切削厚度的连续正交切削过程的不合理假设，而是考虑了真实铣削过程变厚度切削、加载方向不断改变、且为断续切削的特点，并继承了改进的正交切削残余应力分析模型的优势，最终形成了一种更加符合真实斜角铣削过程特点的铣削残余应力分析模型，并通过螺旋刃铣刀铣削Ti-6Al-4V过程残余应力实验数据与两种模型仿真数据的对比，验证了改进的铣削残余应力分析模型的预测精度相比现有模型得到了较大提升。 以上这一整套针对切削残余应力的模型改进、影响机制分析、工艺参数优化研究可以较好地解决切削残余应力的预测及其工艺调控的难题。