6061铝合金高速铣削有限元仿真与实验研究

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由于6061铝合金具有很高的强度、良好的可塑性以及耐蚀性,目前被广泛的用在高速列车、飞机等制造业。铣削是铝合金加工中比较常用的方法,而高速铣削由于其具有较高的加工精度和加工效率而被广泛使用。本文通过有限元模拟的方法对606l铝合金的高速铣削过程进行研究,然后对仿真结果进行总结和分析,为后续铝合金加工提供理论分析和技术指导。高速铣削铝合金是一个非常复杂的非线性过程,有限元法是研究这类问题比较常用的方法。本文基于金属材料塑性变形理论、金属材料屈服准则等理论,为建立有限元模型提供依据。同时,分析和研究了外界因素对金属塑性的影响以及对金属切削的有限元仿真进行描述。本文根据铣刀的实际尺寸,通过三维软件SolidWorks建立铣刀的部分模型,选择Johnson-Cook模型作为6061铝合金高速铣削本构模型,从而为有限元仿真分析提供理论依据。此外,为了得到在不同参数下的工件和刀具受力情况和温度变化情况以及应力应变分布,本文基于DEFORM-3D有限元仿真软件对切削参数四要素设计16组方案进行正交仿真研究。为了进一步对有限元仿真结果进行实验验证,通过改变切削参数和刀具几何参数来进行6061铝合金高速铣削正交实验。实验研究结果表明:模拟结果与实验结果具有良好的一致性,因此说明了有限元仿真的准确性。从实验中获得了三向铣削力和温度的数据,通过极差分析的方法分析了切削参数对铣削力和温度影响的显著程度以及影响规律。最后,通过做SEM实验观察了铝合金切屑的表面形貌,对比了在不同温度和切削速度下切屑表面形貌,为了获得不同加工条件下铝合金材料的塑性变形程度。
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