汽车覆盖件模具高速切削加工过程的数值模拟与关键工艺技术研究

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1、洳≥：j-嗜博士学位论文论文题目⑧汽车覆盖件模具高速切削加工过程的数值模拟与关键工艺技术研究作者姓名阮景奎指导教师柯映林教授学科(专业)机械制造及其自动化所在学院机械与能源工程学院提交日期二零零七年十月全文摘要汽车覆盖件模具是汽车生产的大型复杂工艺装备，高速切削加工可大幅度提高汽车覆盖件模具的加工效率、加工精度和加工表面质量，降低生产成本。高速切削的工艺技术是成功进行高速切削加工的关键技术之一。汽车覆盖件模具高速切削加工的数值模拟与关键工艺技术的研究具有十分重要的理论意义和实用价值。论文首先通过高温拉伸试验和高速压缩试验研究了汽车覆盖件模具常用重要材料钼铬合金铸铁的静、动态

2、力学性能，得到材料的弹性模量、屈服极限、强度极限以及不同温度和应变率下的应力一应变关系，获得建立高速切削加工有限元模型所需要的初始数据；通过高速切削试验，获得了针对模具型面特征采用不同切削参数时的切削力数据，作为有限元模型验证和完善的指标，为进行高精度的汽车覆盖件模具高速切削加工过程数值模拟奠定了基础。为了研究高速切削加工机理，实现工艺参数的优化，建立了汽车覆盖件模具高速切削加工过程数值模拟的技术路线；深入剖析高速切削产生的热、力及其耦合等复杂现象，将大变形理论和虚功原理应用于高速切削加工过程分析，建立了符合高速切削加工过程的有限元控制方程；研究了高速切削有限元热力耦合模型

3、所涉及的关键技术，利用材料性能试验数据建立了材料本构模型，引用切屑断裂标准，采用DEFORM软件对钼铬合金铸铁进行了高速切削加工数值模拟，模拟结果中切削力、切屑形状同理论模型和试验结果吻合度较高；以加工效率、刀具寿命、加工表面质量为优化目标，对高速切削加工工艺参数进行优选分析，获得了工艺参数对刀具寿命和加工表面质量的影响规律。汽车覆盖件模具型面的加工质量是模具制造技术中的关键。在分析比较了高速切削时3轴联动数控加工方式和5轴联动数控加工方式的优缺点的基础上，指出了分区域3+2轴(亦称定位5轴)数控加工方式在汽车覆盖件模具型面高速切削应用上的优势。研究了分区域3+2轴数控加工

4、方式在汽车覆盖件模具型面高速切削应用中的关键技术，包括刀轴矢量与加工表面法矢倾角的优化，模具型面加工区域划分和最佳刀轴方向设计。开发了高速数控加工最佳刀轴方向计算工具，解决了汽车覆盖件模具型面数控高速切削加工质量难以保证的问题。建立高速切削数据库是推广应用高速切削技术的重要手段，基于实例推理是建立高速切削数据库的有效途径。论文规划了基于实例推理的汽车覆盖件模具高速切削数据库系统功能，设计了系统的结构，着重研究和解决了高速切削加工中的实例表示、实例相似度及其算法、实例特征权重及其算法、相似度与权重的动态调整、浙江大学博士学位论文实例检索、实例改写以及实例保存与系统的学习机制等

5、关键技术，开发了集成于UG环境的基于实例推理的汽车覆盖件模具高速切削数据库系统。高速切削加工技术的应用为高硬度的模具型面的快速修复奠定了基础。针对存在局部物理缺陷或疲劳磨损的汽车车身覆盖件冲压模具的可重用性，提出了缺陷特征提取和有限元分析耦合技术方案。以抽取模具点云中诸如缺陷边界、缺陷原形等特征为基础，并利用特征诱导技术恢复原始模具在缺陷处的基本特征形态。通过冲压过程的动态模拟来矫正基本的特征形态，修复模具型面局部缺陷处的CAD模型，最后以数控高速切削加工技术为手段，实现汽车覆盖件模具的快速物理修复。本文研究为促进高速切削加工在汽车覆盖件模具全生命周期的高质量应用提供了理论

6、依据和技术保证，研究成果已在生产实际中应用，效果良好。随着研究的深入，高速切削加工有限元模拟的精确度还有待改进，汽车覆盖件模具型面高速切削加工的误差补偿技术也是今后研究的方向之一，更加智能化、基于网络协同工作的汽车覆盖件模具高速切削数据库系统还有待进一步研究与开发。关键词：汽车覆盖件模具：钼铬合金铸铁；高速切削加工；有限元方法；数值模拟；参数优化；基于实例推理；数据库系统；数控加工；型面修复全文摘要ABSTRACTAutopaneldiesarelargeandcomplexequipmentsforautomobileproduction．High—speedmachin

7、ing(HSM)technologyCanbewidelyusedtoproduceautopaneldiesforitsgreatincreasesinmaterialremovalrate，machiningaccumcy'andmachinedsurfacequality,whiledecreasesinmachiningcost．Technologiesofhigh-speedmachiningprocess黜veryimportantforHSMapplication．Thestudyonnumerica