摘要
42CrMo钢具有良好的综合机械性能，使得该材料在核电、船舶、农机等领域中受到广泛应用。但该材料在机械加工过程中切削力大、切屑温度高、刀具寿命低。针对以上问题，本文建立考虑刀具系统动态特性的面铣刀铣削42CrMo钢有限元模型，并开发了高速铣削建模仿真平台。通过使用仿真平台对不同铣削参数下的铣削力进行模拟，并对铣削参数进行优化。主要研究内容如下： 首先，通过准静态拉伸实验得到42CrMo材料的静态应力-应变曲线，通过霍普金森压杆实验可得到42CrMo材料的动态应力-应变曲线，经过数值拟合得出42CrMo材料的本构参数数值，并对拉伸过程进行仿真分析，验证Johnson-Cook本构模型的正确性，得到的本构参数为仿真提供参数依据。 其次，利用ABAQUS软件建立了考虑刀具系统动态特性的三维铣削仿真模型，经过仿真计算得到了温度场、应力场和铣削力的结果。将考虑刀具系统动态特性和不考虑刀具系统动态特性的铣削力仿真结果与实验结果对比，结果显示，考虑刀具系统动态特性的x方向铣削力误差为13.62%、y方向铣削力误差为5.76%、z方向铣削力误差为3.81%；不考虑刀具系统动态特性的x方向铣削力误差为15.91%、y方向铣削力误差为6.24%、z方向铣削力误差为4.88%。因此，验证了在仿真模型中考虑刀具系统动态特性的仿真结果更准确。 再次，采用Python语言搭建高速铣削建模仿真平台。与传统手动建模相比，使用该平台可使建模时间缩短80%。然后使用仿真平台探究在不同铣削参数下铣削力随铣削用量的变化趋势。将仿真平台得到的铣削力与实验所得铣削力进行对比，结果显示：x方向铣削力的误差为10.73%，y方向铣削力的误差为18.91%，z方向铣削力的误差为9.54%，进而验证了平台的可靠性与实用性。 最后，建立正交实验表，以仿真平台得到的铣削力数据为数据源，基于最小二乘法分别拟合出关于三维铣削力的经验数学模型。采用多目标遗传优化算法对铣削参数进行优化求解，得到铣削参数的最优组合，并以三维铣削力为指标进行对比实验，验证在最优铣削参数下三维铣削力均最小。
NETL